[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

ES2847230T3 - RAMAN spectroscopy system, apparatus and procedure to analyze, characterize and / or diagnose a type or nature of a sample or tissue, such as abnormal growth - Google Patents

RAMAN spectroscopy system, apparatus and procedure to analyze, characterize and / or diagnose a type or nature of a sample or tissue, such as abnormal growth Download PDF

Info

Publication number
ES2847230T3
ES2847230T3 ES15814823T ES15814823T ES2847230T3 ES 2847230 T3 ES2847230 T3 ES 2847230T3 ES 15814823 T ES15814823 T ES 15814823T ES 15814823 T ES15814823 T ES 15814823T ES 2847230 T3 ES2847230 T3 ES 2847230T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
raman
tissue
illumination
spectra
spectral
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES15814823T
Other languages
Spanish (es)
Inventor
Zhiwei Huang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National University of Singapore
Original Assignee
National University of Singapore
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from GB201411800A external-priority patent/GB201411800D0/en
Priority claimed from GB201411820A external-priority patent/GB201411820D0/en
Priority claimed from GB201411803A external-priority patent/GB201411803D0/en
Application filed by National University of Singapore filed Critical National University of Singapore
Application granted granted Critical
Publication of ES2847230T3 publication Critical patent/ES2847230T3/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65Raman scattering
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/012Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor characterised by internal passages or accessories therefor
    • A61B1/018Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor characterised by internal passages or accessories therefor for receiving instruments
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0075Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by spectroscopy, i.e. measuring spectra, e.g. Raman spectroscopy, infrared absorption spectroscopy
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0082Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence adapted for particular medical purposes
    • A61B5/0084Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence adapted for particular medical purposes for introduction into the body, e.g. by catheters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • G01J3/0205Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0218Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using optical fibers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/44Raman spectrometry; Scattering spectrometry ; Fluorescence spectrometry
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • G01N21/274Calibration, base line adjustment, drift correction
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2560/00Constructional details of operational features of apparatus; Accessories for medical measuring apparatus
    • A61B2560/02Operational features
    • A61B2560/0223Operational features of calibration, e.g. protocols for calibrating sensors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J2003/1226Interference filters
    • G01J2003/123Indexed discrete filters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06Illumination; Optics
    • G01N2201/061Sources
    • G01N2201/06113Coherent sources; lasers
    • G01N2201/0612Laser diodes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/08Optical fibres; light guides
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/12Circuits of general importance; Signal processing
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/12Circuits of general importance; Signal processing
    • G01N2201/129Using chemometrical methods

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Endoscopes (AREA)

Abstract

Aparato de espectroscopía Raman (2100), que comprende: una primera fuente de iluminación (2106), configurada para dirigir una salida de iluminación colimada a un tejido (2104); un espectrógrafo Raman (2108), configurado para detectar simultáneamente espectros Raman de huellas (FP) y alto número de onda (HW) a partir de iluminación dispersada por el tejido; y un módulo informatizado de control y análisis (2116), que comprende, como mínimo, una unidad de procesamiento y memoria que almacena instrucciones de programa ejecutables por la, como mínimo, una unidad de procesamiento, para analizar subintervalos espectrales discretos de los espectros Raman en rangos de números de onda de FP y HW para identificar una coincidencia con picos específicos en los espectros Raman detectados de uno o ambos rangos de números de onda, caracterizado por que comprende, además: una fuente de iluminación adicional (2118) configurada para emitir iluminación adicional al tejido mientras la primera fuente de iluminación dirige la iluminación colimada al tejido y un filtro de espejo caliente (2120) configurado para compensar la interferencia de iluminación entre la iluminación colimada emitida por la primera fuente de iluminación (2106) y la iluminación adicional emitida por la fuente de iluminación adicional (2118).Raman spectroscopy apparatus (2100), comprising: a first illumination source (2106), configured to direct a collimated illumination output to tissue (2104); a Raman spectrograph (2108), configured to simultaneously detect fingerprint (FP) and high wavenumber (HW) Raman spectra from tissue-scattered illumination; and a computerized control and analysis module (2116), comprising at least one processing unit and memory that stores program instructions executable by the at least one processing unit, to analyze discrete spectral subranges of the Raman spectra in FP and HW wavenumber ranges to identify a match to specific peaks in the detected Raman spectra of one or both wavenumber ranges, characterized by further comprising: an additional illumination source (2118) configured to emit additional illumination to the tissue while the first illumination source directs collimated illumination to the tissue and a heated mirror filter (2120) configured to compensate for illumination interference between the collimated illumination emitted by the first illumination source (2106) and the additional illumination emitted by the additional lighting source (2118).

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Sistema, aparato y procedimiento de espectroscopia RAMAN para analizar, caracterizar y/o diagnosticar un tipo o naturaleza de una muestra o un tejido, tal como un crecimiento anómaloRAMAN spectroscopy system, apparatus and procedure to analyze, characterize and / or diagnose a type or nature of a sample or tissue, such as abnormal growth

Estado de la técnica anteriorPrior state of the art

Los aspectos de la presente invención se refieren a un sistema de espectroscopía Raman y a un procedimiento para la identificación de precisión mejorada de un tipo o naturaleza de una muestra o un tejido al que se dirige la energía de excitación (por ejemplo, iluminación colimada), tal como un crecimiento anómalo o aparentemente anómalo (por ejemplo, tal como cáncer). En concreto, pero no exclusivamente, los aspectos de la presente invención permiten un diagnóstico de precisión mejorada, en tiempo real, de tejidos anómalos tales como crecimientos gastrointestinales, in vivo y ex vivo. Aspects of the present invention relate to a Raman spectroscopy system and a method for improved precision identification of a type or nature of a sample or tissue to which the excitation energy is directed (eg, collimated illumination), such as abnormal or apparently abnormal growth (eg, such as cancer). In particular, but not exclusively, aspects of the present invention allow for improved precision, real-time diagnosis of abnormal tissues such as gastrointestinal growths, in vivo and ex vivo.

Es altamente deseable caracterizar e identificar con precisión y rapidez la naturaleza de tejidos tales como crecimientos gastrointestinales neoplásicos por medio de técnicas mínimamente invasivas, tales como la endoscopía. Por ejemplo, el cáncer colorrectal (CCR) es una enfermedad común con una alta tasa de mortalidad cuando se descubre en una etapa tardía. La identificación y erradicación de pólipos neoplásicos es una de las medidas más importantes para reducir la mortalidad y la morbilidad colorrectal. La diferenciación entre pólipos hiperplásicos que presentan poco o ningún riesgo de transformación maligna y adenomas con latencia de malignidad prominente sigue siendo un reto clínico utilizando técnicas de colonoscopia convencionales.It is highly desirable to accurately and rapidly characterize and identify the nature of tissues such as neoplastic gastrointestinal growths by means of minimally invasive techniques, such as endoscopy. For example, colorectal cancer (CRC) is a common disease with a high mortality rate when it is discovered at a late stage. The identification and eradication of neoplastic polyps is one of the most important measures to reduce mortality and colorectal morbidity. Differentiating between hyperplastic polyps with little or no risk of malignant transformation and adenomas with prominent malignancy latency remains a clinical challenge using conventional colonoscopy techniques.

Con más de 1,2 millones de nuevos casos de cáncer y estimándose que anualmente se producen 608.700 muertes, el CCR es un problema importante en el mundo moderno. La identificación temprana de pólipos precancerosos (es decir, adenoma) en las etapas curables, junto con intervenciones terapéuticas apropiadas, tales como polipectomías o resecciones endoscópicas de la mucosa (REM), siguen siendo las medidas más importantes para reducir la mortalidad y la morbilidad colorrectal. Los enfoques colonoscópicos existentes adolecen de una serie de limitaciones clínicas fundamentales. Esto se debe a que la colonoscopia convencional se basa por completo en la visualización de las características mucosales macroscópicas de los pólipos, tales como patrones de fosas, patrones vasculares, etc., y proporciona poca o ninguna información biomolecular acerca del tejido. Por lo tanto, los estándares de atención médica actuales recomiendan la resección de todas las lesiones polipoides sospechosas o crecimientos anómalos identificados durante los exámenes colorrectales. Este enfoque requiere mucha mano de obra, da lugar a evaluaciones histopatológicas de alto coste, y tiene como resultado un riesgo innecesario para el paciente, ya que entre un tercio y la mitad de todas las lesiones polipoides resultan ser hiperplásicas. Aunque el riesgo absoluto de polipectomía se considera relativamente pequeño, sigue siendo la causa más común de complicaciones, tales como sangrado, perforación, etc. durante la colonoscopia. Teniendo en cuenta los retos clínicos existentes y la reciente introducción de programas poblacionales extendidos de cribado colorrectal, la necesidad de enfoques endoscópicos avanzados nunca ha sido mayor. Por lo tanto, la investigación reciente se ha dirigido al desarrollo de técnicas de formación de imágenes y espectroscopía molecular más sofisticadas para mejorar el diagnóstico y análisis in vivo. With more than 1.2 million new cancer cases and an estimated 608,700 deaths annually, CRC is a major problem in the modern world. Early identification of precancerous polyps (i.e., adenoma) in curable stages, along with appropriate therapeutic interventions, such as polypectomies or endoscopic mucosal resections (EMR), remain the most important measures to reduce colorectal mortality and morbidity. . Existing colonoscopic approaches suffer from a number of fundamental clinical limitations. This is because conventional colonoscopy relies entirely on visualization of the macroscopic mucosal characteristics of polyps, such as fossa patterns, vascular patterns, etc., and provides little or no biomolecular information about the tissue. Therefore, current standards of care recommend resection of all suspicious polypoid lesions or abnormal growths identified during colorectal examinations. This approach is labor-intensive, leads to expensive histopathological evaluations, and results in unnecessary risk to the patient, as between one-third and one-half of all polypoid lesions turn out to be hyperplastic. Although the absolute risk of polypectomy is considered relatively small, it is still the most common cause of complications, such as bleeding, perforation, etc. during the colonoscopy. Given the existing clinical challenges and the recent introduction of extended population-based colorectal screening programs, the need for advanced endoscopic approaches has never been greater. Therefore, recent research has been directed to the development of more sophisticated molecular spectroscopy and imaging techniques to improve in vivo diagnostics and analysis.

La evidencia ha confirmado que la aplicación de la espectroscopía Raman ex vivo en muestras de tejido de colon proporciona precisiones alentadoras, que van del 89 % al 99 % para la discriminación entre diferentes tipos patológicos (es decir, pólipos normales, hiperplásicos, adenoma y adenocarcinoma). Esto todavía requiere la extirpación de los pólipos para que la espectroscopía Raman identifique la naturaleza de los tipos patológicos y, por lo tanto, tiene los mismos problemas que las técnicas endoscópicas convencionales mencionadas anteriormente. Además, ha habido muchas barreras para la traducción de la espectroscopía Raman en diagnósticos clínicos in vivo. Estas, incluyen limitaciones técnicas tales como dispersión Raman inherentemente débil de un tejido, tiempos de obtención prolongados (> 5 s) y una necesidad fundamental para desarrollar diseños de sonda de fibra óptica miniaturizados largos (> 1,9 m) con baja interferencia de sílice fundida, alta eficiencia de recogida y capacidad de resolución en profundidad. La sonda tiene que estar fabricada con un bajo contenido de sílice fundida, ya que la sílice fundida tiene una señal Raman fuerte y un fondo de fluorescencia que interferirá con la señal Raman débil de un tejido. Hasta la fecha, estas limitaciones técnicas siguen sin ser resueltas.Evidence has confirmed that the application of ex vivo Raman spectroscopy on colon tissue samples provides encouraging accuracies, ranging from 89% to 99%, for discrimination between different disease types (i.e., normal, hyperplastic, adenoma, and adenocarcinoma polyps. ). This still requires removal of the polyps for Raman spectroscopy to identify the nature of the pathological types and therefore has the same problems as the conventional endoscopic techniques mentioned above. Furthermore, there have been many barriers to the translation of Raman spectroscopy in in vivo clinical diagnostics. These include technical limitations such as inherently weak Raman scattering of a tissue, long acquisition times (> 5 s), and a fundamental need to develop long (> 1.9 m) miniaturized fiber optic probe designs with low silica interference. fused, high collection efficiency and depth resolution capability. The probe has to be made with a low content of fused silica, since fused silica has a strong Raman signal and a fluorescence background that will interfere with the weak Raman signal of a tissue. To date, these technical limitations remain unresolved.

Los recientes avances tecnológicos, incluido el desarrollo de técnicas de espectroscopía Raman rápida y sondas Raman de fibra óptica miniaturizadas con capacidad confocal, han permitido evaluaciones histopatológicas en tiempo real in vivo (es decir, biopsia óptica) durante la endoscopía en curso. Los estudios de espectroscopía Raman de pólipos colorrectales han tendido a limitarse al llamado rango espectral de huellas (FP, fingerprint) (por ejemplo, entre 800 y 1800 cm-1). Se ha dirigido cierta atención hacia la utilización de un régimen de alto número de onda (Hw, high-wavenumber) (por ejemplo, entre 2800 y 3600 cm-1) ya que este rango espectral presenta señales Raman de tejido más fuertes, así como menos interferencias del fondo de sílice de las sondas Raman de fibra óptica. Los documentos de Patente WO2014/129970 A y US2013231573 A1 dan a conocer ejemplos de dichas técnicas.Recent technological advances, including the development of fast Raman spectroscopy techniques and miniaturized fiber-optic Raman probes with confocal capability, have enabled real-time in vivo histopathological evaluations (i.e., optical biopsy) during ongoing endoscopy. Raman spectroscopy studies of colorectal polyps have tended to be limited to the so-called fingerprint spectral range (FP) (eg, between 800 and 1800 cm-1). Some attention has been directed towards using a high-wavenumber (Hw) regime (e.g., between 2800 and 3600 cm-1) as this spectral range presents stronger tissue Raman signals, as well as less interference from the silica background of fiber optic Raman probes. Patent documents WO2014 / 129970 A and US2013231573 A1 disclose examples of such techniques.

En la actualidad, no obstante, no existen técnicas que permitan la identificación de células cancerosas in vivo que tengan suficiente precisión para hacer de este tipo de técnica una opción viable. Existe una necesidad de técnicas espectroscópicas Raman que permitan una identificación de mayor precisión de células cancerosas in vivo y ex vivo. At present, however, there are no techniques that allow the identification of cancer cells in vivo that have sufficient precision to make this type of technique a viable option. There is a need for Raman spectroscopic techniques that allow more accurate identification of cancer cells in vivo and ex vivo.

Un objetivo de las realizaciones según la presente invención es superar, como mínimo, algunos de los problemas asociados con la técnica anterior y las técnicas endoscópicas actuales para caracterizar, identificar y/o diagnosticar el tipo y/o la naturaleza del tejido o tejidos tales como crecimientos anómalos, por ejemplo, cánceres y similares en prácticamente cualquier parte del cuerpo. Otro objetivo es dar a conocer un sistema y un procedimiento de precisión mejorada basados en espectroscopía Raman para caracterizar, identificar y/o diagnosticar rápidamente el tipo o la naturaleza de tejidos anómalos, tales como pólipos y precáncer, in vivo durante investigaciones endoscópicas (por ejemplo, investigaciones endoscópicas gastrointestinales, tales como la colonoscopia).An objective of the embodiments according to the present invention is to overcome at least some of the problems associated with the prior art and current endoscopic techniques to characterize, identify and / or diagnose the type and / or nature of the tissue or tissues such as abnormal growths, for example, cancers and the like in virtually any part of the body. Another objective is to provide an improved precision system and method based on Raman spectroscopy to rapidly characterize, identify and / or diagnose the type or nature of abnormal tissues, such as polyps and precancer, in vivo during endoscopic investigations (e.g. , gastrointestinal endoscopic investigations, such as colonoscopy).

Características de la invenciónCharacteristics of the invention

Según la presente invención, se da a conocer un aparato de espectroscopía Raman, según la reivindicación 1 adjunta, y un procedimiento de espectroscopía Raman, según la reivindicación 8 adjunta.According to the present invention, a Raman spectroscopy apparatus according to appended claim 1 and a Raman spectroscopy method according to appended claim 8 are disclosed.

Diversas realizaciones según la presente invención describen un sistema y un procedimiento para la espectroscopía Raman de fibra óptica, que proporcionan una técnica espectroscópica vibratoria sin etiquetas que permite una biopsia óptica de mayor precisión a nivel biomolecular in vivo. Múltiples realizaciones permiten una combinación de mediciones simultáneas de rangos espectrales de FP y HW durante la endoscopía en curso. La justificación para combinar los rangos espectrales FP y Hw para las mediciones Raman in vivo y ex vivo son diversas:Various embodiments according to the present invention describe a system and a method for fiber optic Raman spectroscopy, which provide a labelless vibratory spectroscopic technique that allows a more precise optical biopsy at the biomolecular level in vivo. Multiple embodiments allow a combination of simultaneous FP and HW spectral range measurements during ongoing endoscopy. The rationale for combining FP and Hw spectral ranges for in vivo and ex vivo Raman measurements are diverse:

(i) Para tejidos que podrían mostrar una autofluorescencia intensa (por ejemplo, tejido gástrico, pulmón, colon, hígado) que superan las señales Raman tisulares en el rango de FP, el rango de hW aún puede contener picos Raman tisulares intensos con información de diagnóstico.(i) For tissues that could show strong autofluorescence (e.g. gastric tissue, lung, colon, liver) that exceed tissue Raman signals in the FP range, the hW range may still contain strong tissue Raman peaks with information from diagnosis.

(ii) Los rangos de FP y HW contienen información biomolecular complementaria (por ejemplo, de proteínas, lípidos, ADN y agua) y, por lo tanto, pueden mejorar la caracterización y el diagnóstico de los tejidos.(ii) The FP and HW ranges contain complementary biomolecular information (eg for proteins, lipids, DNA, and water) and thus can enhance tissue characterization and diagnosis.

(iii) Los diferentes enlaces vibran en diferentes rangos espectrales, por lo que la utilización de dos rangos espectrales diferentes (de FP y HW) aumenta la información biomolecular obtenida en un solo escaneo.(iii) The different links vibrate in different spectral ranges, so the use of two different spectral ranges (FP and HW) increases the biomolecular information obtained in a single scan.

Según una realización de la presente invención, una técnica de espectroscopía Raman confocal de fibra óptica de FP y HW combinada (por ejemplo, que implica la obtención simultánea de espectros de FP y HW) puede mejorar el diagnóstico en tiempo real de cáncer, precáncer y/u otros crecimientos anómalos in vivo durante los exámenes del cuerpo. La técnica combinada de FP y HW también se puede utilizar ex vivo en muestras de tejido, para identificar con mayor precisión los tipos de crecimiento anómalo presentes en las muestras de cualquier parte del cuerpo. Según un aspecto de la presente invención, un aparato de espectroscopía Raman incluye: una primera fuente de iluminación configurada para dirigir la iluminación hacia un tejido; un espectrógrafo Raman, configurado para detectar simultáneamente espectros Raman de FP y HW a partir de iluminación dispersada por el tejido; y un módulo de análisis y control informatizado, que comprende, como mínimo, una unidad de procesamiento y una memoria que almacena instrucciones del programa ejecutables por la, como mínimo, una unidad de procesamiento para analizar subintervalos espectrales discretos (por ejemplo, aproximadamente entre 3 y 15 o aproximadamente entre 5 y 10 subintervalos espectrales discretos, donde uno determinado, o cada subintervalo espectral puede tener un ancho espectral de entre aproximadamente 10 y 30 cm-1 o de aproximadamente 20 cm-1) de los espectros Raman detectados en rangos de longitud de onda de FP y HW para identificar una coincidencia con uno o varios marcadores de referencia en uno o en ambos rangos de longitud de onda.According to one embodiment of the present invention, a combined FP and HW fiber optic confocal Raman spectroscopy technique (e.g., involving simultaneous acquisition of FP and HW spectra) can improve real-time diagnosis of cancer, precancer, and / or other abnormal growths in vivo during examinations of the body. The combined FP and HW technique can also be used ex vivo on tissue samples, to more accurately identify the types of abnormal growth present in samples from any part of the body. According to one aspect of the present invention, a Raman spectroscopy apparatus includes: a first illumination source configured to direct illumination toward tissue; a Raman spectrograph, configured to simultaneously detect FP and HW Raman spectra from tissue scattered illumination; and a computerized analysis and control module, comprising at least one processing unit and a memory that stores program instructions executable by the at least one processing unit to analyze discrete spectral sub-ranges (for example, approximately between 3 and 15 or approximately 5 to 10 discrete spectral sub-ranges, where a given one, or each spectral sub-range may have a spectral width of between approximately 10 and 30 cm-1 or approximately 20 cm-1) of the Raman spectra detected in ranges of FP and HW wavelength to identify a match with one or more reference markers in one or both wavelength ranges.

En múltiples realizaciones, el espectrógrafo Raman tiene una única rejilla de difracción de banda ancha. La primera fuente de iluminación incluye una fuente de iluminación colimada para generar una energía de excitación para aplicar al tejido, y el aparato incluye, además, una sonda, para transmitir la iluminación colimada al tejido y devolver los espectros Raman detectados desde el tejido al espectrógrafo Raman.In multiple embodiments, the Raman spectrograph has a single broadband diffraction grating. The first illumination source includes a collimated illumination source to generate excitation energy to apply to the tissue, and the apparatus further includes a probe, to transmit the collimated illumination to the tissue and return the detected Raman spectra from the tissue to the spectrograph. Raman.

El uno o varios marcadores de referencia pueden incluir, o ser picos específicos en los espectros Raman detectados. El módulo de análisis y control informatizado puede incluir instrucciones de programa ejecutables por la, como mínimo, una unidad de procesamiento para diagnosticar un crecimiento anómalo en base a la coincidencia. La sonda puede incluir, o ser una sonda de fibra óptica confocal. El aparato puede incluir, además, un endoscopio que tiene un cuerpo cilíndrico alargado que tiene un canal de instrumentos en cuyo interior está alojada la sonda. El módulo informatizado de control y análisis puede incluir instrucciones de programa ejecutables por la, como mínimo, una unidad de procesamiento para ajustar dinámicamente la potencia de la iluminación colimada, y/o ajustar dinámicamente el tiempo durante el cual el tejido está expuesto a la iluminación colimada.The one or more reference markers can include, or be specific peaks in the detected Raman spectra. The computerized analysis and control module may include program instructions executable by the at least one processing unit to diagnose abnormal growth based on the match. The probe may include or be a confocal fiber optic probe. The apparatus may further include an endoscope having an elongated cylindrical body having an instrument channel within which the probe is housed. The computerized control and analysis module may include program instructions executable by the at least one processing unit to dynamically adjust the power of the collimated illumination, and / or dynamically adjust the time during which the tissue is exposed to illumination. collimated.

El aparato puede incluir un aparato de calibración, configurado para estandarizar la sonda o todo el aparato Raman con respecto a, como mínimo, una referencia de calibración.The apparatus may include a calibration apparatus, configured to standardize the probe or the entire Raman apparatus with respect to at least one calibration reference.

El aparato puede incluir una fuente de iluminación adicional configurada para emitir iluminación adicional al tejido; y un filtro de espejo caliente configurado para compensar la interferencia de iluminación entre la iluminación emitida por la primera fuente de iluminación y la iluminación adicional emitida por la fuente de iluminación adicional. The apparatus may include an additional light source configured to emit additional illumination to the tissue; and a hot mirror filter configured to compensate for illumination interference between the illumination emitted by the first illumination source and the additional illumination emitted by the additional illumination source.

Según un aspecto de la presente invención, un procedimiento realizado por un aparato de espectroscopia Raman incluye: dirigir la iluminación emitida por una primera fuente de iluminación a un tejido; detectar simultáneamente por medio de una sonda espectros Raman de FP y HW a partir de iluminación dispersada por el tejido; y analizar subintervalos espectrales discretos en los espectros Raman detectados (por ejemplo, entre aproximadamente 3 y 15 o entre aproximadamente 5 y 10 subintervalos espectrales discretos, donde uno determinado, o cada subintervalo espectral puede tener un ancho espectral comprendido entre aproximadamente 10 y 30 cm-1 o de aproximadamente 20 cm-1) en los rangos de longitud de onda de FP y HW para identificar una coincidencia con uno o varios marcadores de referencia en uno o ambos rangos de longitud de onda.According to one aspect of the present invention, a method performed by a Raman spectroscopy apparatus includes: directing the illumination emitted by a first illumination source to tissue; simultaneously detecting by means of a probe Raman spectra of FP and HW from illumination scattered by the tissue; and analyze discrete spectral sub-ranges in the detected Raman spectra (for example, between approximately 3 and 15 or between approximately 5 and 10 discrete spectral sub-ranges, where a certain one, or each spectral sub-range may have a spectral width between approximately 10 and 30 cm- 1 or approximately 20 cm-1) in the FP and HW wavelength ranges to identify a match with one or more reference markers in one or both wavelength ranges.

La detección simultánea de espectros Raman de FP y HW puede incluir iluminación difractante en los rangos de longitud de onda de FP y HW utilizando una única rejilla de difracción de banda ancha.Simultaneous detection of FP and HW Raman spectra can include diffraction illumination in the FP and HW wavelength ranges using a single broadband diffraction grating.

El procedimiento puede incluir diagnosticar la naturaleza de un crecimiento anómalo basándose en la coincidencia. El uno o varios marcadores de referencia pueden incluir, o ser picos específicos en los espectros Raman detectados.The procedure may include diagnosing the nature of an abnormal growth based on the match. The one or more reference markers can include, or be specific peaks in the detected Raman spectra.

El procedimiento puede incluir, además, ajustar dinámicamente la potencia de la iluminación y/o ajustar dinámicamente el tiempo durante el cual el tejido está expuesto a la iluminación.The method may further include dynamically adjusting the power of the illumination and / or dynamically adjusting the time during which the fabric is exposed to the illumination.

El procedimiento puede incluir realizar un procedimiento de calibración o estandarización para estandarizar la sonda o todo el aparato Raman con respecto a, como mínimo, una referencia de calibración antes de iluminar el tejido. El procedimiento puede incluir, además, dirigir iluminación adicional hacia el tejido utilizando una fuente de iluminación adicional, dirigiendo al mismo tiempo la iluminación emitida por la primera fuente de iluminación al tejido; y compensar la interferencia de iluminación entre la iluminación emitida por la primera fuente de iluminación y la iluminación adicional emitida por la fuente de iluminación adicional utilizando un filtro de espejo caliente.The procedure may include performing a calibration or standardization procedure to standardize the probe or the entire Raman apparatus against at least one calibration reference prior to illuminating the tissue. The method may further include directing additional illumination toward the tissue using an additional illumination source, while directing the illumination emitted by the first illumination source at the tissue; and compensating for illumination interference between the illumination emitted by the first illumination source and the additional illumination emitted by the additional illumination source using a hot mirror filter.

A continuación, se hará referencia, a modo de ejemplo, a los dibujos adjuntos para proporcionar una mejor comprensión de las realizaciones según la presente invención. Los dibujos no deben ser interpretados como limitativos y las dimensiones pueden no estar a escala.Reference will now be made, by way of example, to the accompanying drawings to provide a better understanding of embodiments according to the present invention. Drawings should not be construed as limiting and dimensions may not be to scale.

La figura 1 es un diagrama esquemático de un sistema de espectroscopía Raman confocal para el diagnóstico y la caracterización de tejidos in vivo, según una realización de la invención;Figure 1 is a schematic diagram of a confocal Raman spectroscopy system for in vivo tissue diagnosis and characterization, according to one embodiment of the invention;

la figura 2 es un diagrama de bloques de un sistema de espectroscopía Raman confocal de fibra óptica de banda ancha, desarrollado para el diagnóstico y la caracterización de tejidos de precisión mejorada durante la endoscopía, según una realización de la invención;Figure 2 is a block diagram of a wideband fiber optic confocal Raman spectroscopy system, developed for improved precision diagnosis and characterization of tissues during endoscopy, in accordance with one embodiment of the invention;

la figura 3 es un gráfico de espectros Raman y de autofluorescencia concomitante in vivo de FP y HW de banda ancha, y obtenidos de mucosa gastrointestinal (GI) en tiempo real, según una realización de la invención;Figure 3 is a graph of concomitant in vivo autofluorescence and Raman spectra of FP and broadband HW, and obtained from gastrointestinal (GI) mucosa in real time, according to an embodiment of the invention;

la figura 4 es un gráfico que muestra un ejemplo de selección de intervalos aplicada a espectros Raman y de autofluorescencia concomitante in vivo de banda ancha, que comprenden zonas tanto de huella (FP) como de alto número de onda (HW), según una realización de la invención;Figure 4 is a graph showing an example of interval selection applied to Raman spectra and concomitant broadband in vivo autofluorescence, comprising both fingerprint (FP) and high wave number (HW) areas, according to one embodiment of the invention;

la figura 5 es un gráfico que muestra un ejemplo de selección de intervalos aplicada a espectros Raman de banda ancha in vivo después de la sustracción del fondo de autofluorescencia en la zona (a) entre 800 y 1800 cm-1 y (b) ente 2800 y 3100 cm-1 respectivamente, según una realización de la invención;Figure 5 is a graph showing an example of interval selection applied to broadband Raman spectra in vivo after subtraction of the autofluorescence background in the zone (a) between 800 and 1800 cm-1 and (b) between 2800 and 3100 cm-1 respectively, according to an embodiment of the invention;

la figura 6 es un gráfico que muestra los espectros Raman más o menos una desviación estándar de tres lesiones y fotografías asociadas de las tres lesiones, según una realización de la invención.Figure 6 is a graph showing the Raman spectra plus or minus one standard deviation of three lesions and associated photographs of the three lesions, according to one embodiment of the invention.

la figura 7A es un gráfico de espectros de diferencia que resuelve las características espectrales, según una realización de la invención.FIG. 7A is a difference spectra graph resolving spectral characteristics, according to one embodiment of the invention.

la figura 7B es un análisis de varianza (ANOVA) de tres categorías de tejido sobre un rango espectral completo, según una realización de la presente invención;Figure 7B is an analysis of variance (ANOVA) of three categories of tissue over a full spectral range, according to one embodiment of the present invention;

la figura 7C es un histograma de picos Raman significativos, según una realización de la presente invención; las figuras 8A a D son secciones histopatológicas teñidas correspondientes a diferentes tipos de tejido colorrectal, según las prácticas conocidas;Figure 7C is a histogram of significant Raman peaks, according to one embodiment of the present invention; Figures 8A to D are histopathological sections stained corresponding to different types of colorectal tissue, according to known practices;

la figura 9A es una representación de la probabilidad a posteriori, según una realización de la presente invención. Figure 9A is a representation of the posterior probability, according to one embodiment of the present invention.

la figura 9B es un gráfico de características operativas del receptor (ROC, Receiver Operating Characteristics) para diagnosticar adenoma y adenocarcinoma, según una realización de la presente invención.Figure 9B is a Receiver Operating Characteristics (ROC) chart for diagnosing adenoma and adenocarcinoma, according to one embodiment of the present invention.

la figura 10 es un gráfico de características operativas del receptor para distinguir un adenoma frente a pólipos benignos, según una realización de la presente invención;Figure 10 is a graph of receiver operating characteristics for distinguishing an adenoma versus benign polyps, according to one embodiment of the present invention;

la figura 11A muestra la desviación estándar promedio de espectros Raman de FP/HW in vivo ±1 de un conjunto de datos de aprendizaje (80 % de un conjunto de datos total) para el desarrollo de algoritmos de diagnóstico para carcinoma de células escamosas esofágicas (CCEE), según una realización de la presente invención;Figure 11A shows the mean standard deviation of FP / HW Raman spectra in vivo ± 1 of a learning data set (80% of a total data set) for the development of diagnostic algorithms for esophageal squamous cell carcinoma ( CCEE), according to an embodiment of the present invention;

la figura 11B muestra la desviación estándar de espectros de diferencia (CCEE - normal) ±1, que resuelve las características espectrales únicas del CCEE, e imágenes correspondientes de procedimientos Raman de FP/HW guiados por WLR sobre un esófago normal y un CCEE, según una realización de la presente invención;Figure 11B shows the standard deviation of difference spectra (CCEE - normal) ± 1, which resolves the unique spectral characteristics of CCEE, and corresponding images from WLR-guided FP / HW Raman procedures on a normal esophagus and CCEE, according to an embodiment of the present invention;

la figura 12A muestra la prueba t de Student bilateral no apareada sobre intensidades de pico Raman de un conjunto de datos de aprendizaje (80 % del conjunto de datos total) (normal (n = 736); CCEE (n = 202)) sobre un rango espectral completo (es decir, entre 800 y 1800 cm-1 y entre 2800 y 3600 cm-1), donde múltiples (por ejemplo, siete) subzonas de espectros Raman que contienen la información de diagnóstico más relevante fueron identificadas según una realización de la presente invención;Figure 12A shows the unpaired two-sided Student's t-test on Raman peak intensities of a learning data set (80% of the total data set) (normal (n = 736); CCEE (n = 202)) on a full spectral range (that is, between 800 and 1800 cm-1 and between 2800 and 3600 cm-1), where multiple (for example, seven) Raman spectra subareas containing the most relevant diagnostic information were identified according to an embodiment of the present invention;

la figura 12B muestra un histograma ±1 SD de los picos Raman más significativos para el diagnóstico (* p < 1E-10), según una realización de la presente invención;Figure 12B shows a ± 1 SD histogram of the most diagnostic Raman peaks (* p <1E-10), according to an embodiment of the present invention;

la figura 13A muestra secciones histopatológicas teñidas con hematoxilina y eosina representativos, correspondientes a epitelio escamoso queratinizado superficial normal y a la capa basal;Figure 13A shows histopathological sections stained with representative hematoxylin and eosin, corresponding to normal superficial keratinized squamous epithelium and the basal layer;

la figura 13B muestra secciones histopatológicas representativas teñidas con hematoxilina y eosina correspondientes a carcinoma invasivo de células escamosas esofágicas que muestra una prominente atipia arquitectónica y citológica;Figure 13B shows representative histopathological sections stained with hematoxylin and eosin corresponding to invasive esophageal squamous cell carcinoma showing prominent architectural and cytological atypia;

las figuras 14A a 14C muestran probabilidades a posteriori de espectros Raman in vivo pertenecientes a (i) un esófago normal (n = 736), y (ii) CCEE (n = 202) del conjunto de datos de aprendizaje (80 % del conjunto de datos total), utilizando un análisis discriminante de mínimos cuadrados parciales y una validación cruzada dejando un paciente fuera, basada en las técnicas Raman de FP, HW y FP/HW integradas o simultáneas, respectivamente ((O) normal, (▲) CCEE), según una realización de la presente invención;Figures 14A to 14C show posterior probabilities of in vivo Raman spectra belonging to (i) a normal esophagus (n = 736), and (ii) CCEE (n = 202) from the learning data set (80% of the set of total data), using a partial least squares discriminant analysis and a cross-validation leaving a patient out, based on integrated or simultaneous FP, HW and FP / HW Raman techniques, respectively ((O) normal, ( ▲) CCEE) , according to an embodiment of the present invention;

la figura 15 muestra curvas de características operativas del receptor (ROC) para separar el CCEE frente a tejido esofágico normal para el conjunto de datos de aprendizaje (80 % del conjunto de datos total), donde las áreas bajo las curvas de ROC (AUC, Areas Under the ROC curves) son 0,972, 0,928 y 0,995, respectivamente, utilizando las técnicas Raman de Fp , HW y FP/HW integradas o simultáneas, según una realización de la presente invención; la figura 16A es un gráfico que muestra espectros compuestos NIR-AF y Raman medidos en pacientes cervicales, según una realización de la presente invención.Figure 15 shows receptor operating characteristic (ROC) curves to separate CCEE versus normal esophageal tissue for the learning data set (80% of the total data set), where the areas under the ROC curves (AUC, Areas Under the ROC curves) are 0.972, 0.928, and 0.995, respectively, using integrated or simultaneous Fp, HW, and FP / HW Raman techniques, according to one embodiment of the present invention; Figure 16A is a graph showing composite NIR-AF and Raman spectra measured in cervical patients, according to one embodiment of the present invention.

la figura 16A es un gráfico que muestra espectros compuesto NIR-AF y Raman medidos en pacientes cervicales, según una realización de la presente invención.Figure 16A is a graph showing composite NIR-AF and Raman spectra measured in cervical patients, according to one embodiment of the present invention.

la figura 16B es un gráfico que muestra las zonas espectrales seleccionadas extraídas después del PLS-DA de intervalos, según una realización de la presente invención.FIG. 16B is a graph showing selected spectral zones extracted after interval PLS-DA, according to one embodiment of the present invention.

la figura 17 es un gráfico que muestra un error de clasificación representado como función de la complejidad del modelo para PLS-DA en todo el espectro y el PLS-DA de intervalos, que solo utiliza una fracción de ~10 % de todo el espectro, según una realización de la presente invención;Figure 17 is a graph showing a classification error plotted as a function of model complexity for PLS-DA across the spectrum and PLS-DA across ranges, which only uses a ~ 10% fraction of the entire spectrum, according to an embodiment of the present invention;

la figura 18 es un diagrama de dispersión de las probabilidades a posteriori (normal (n = 1001) y precáncer (n = 232)) pertenecientes al grupo precanceroso utilizando modelado de PLS-DA (a) en todo el espectro y (b) utilizando modelado de PLS-DA de intervalos, según una realización de la presente invención;Figure 18 is a scatter diagram of the posterior probabilities (normal (n = 1001) and precancer (n = 232)) belonging to the precancerous group using PLS-DA modeling (a) across the spectrum and (b) using PLS-DA modeling of intervals, according to one embodiment of the present invention;

la figura 19 es un gráfico de un espectro Raman continuo y de zonas espectrales seleccionadas después del PLS-DA de intervalos medido en 90 pacientes gástricos (benigno (n = 1950) y cáncer (n = 108)), según una realización de la presente invención;Figure 19 is a graph of a continuous Raman spectrum and selected spectral zones after interval PLS-DA measured in 90 gastric patients (benign (n = 1950) and cancer (n = 108)), according to an embodiment of the present invention;

la figura 20 es un gráfico de error de clasificación representado como una función de la complejidad del modelo para PLS-DA en todo el espectro y el PLS de intervalos, según una realización de la presente invención; Fig. 20 is a classification error plot represented as a function of model complexity for full spectrum PLS-DA and interval PLS, according to one embodiment of the present invention;

la figura 21 es un diagrama de dispersión de las probabilidades a posteriori (normal (n = 1950) y cáncer (n = 108)) de pertenecer al grupo de cáncer utilizando (a) PLS en todo el espectro de Fp y HW y (b) en modelado PLS-dA de intervalos, según una realización de la presente invención;Figure 21 is a scatter diagram of the posterior probabilities (normal (n = 1950) and cancer (n = 108)) of belonging to the cancer group using (a) PLS in the entire spectrum of F p and HW y ( b) in PLS- d A modeling of intervals, according to an embodiment of the present invention;

la figura 22A muestra la desviación estándar (SD) promedio de espectros Raman de FP y HW in vivo ±1 de MI gástrica (n = 329) y mucosa normal (n = 1083) obtenidos en 63 pacientes durante un examen endoscópico clínico, según una realización de la presente invención;Figure 22A shows the mean standard deviation (SD) of Raman spectra of FP and HW in vivo ± 1 of gastric MI (n = 329) and normal mucosa (n = 1083) obtained in 63 patients during a clinical endoscopic examination, according to a carrying out the present invention;

la figura 22B muestra espectros de diferencia (es decir, MI-normal ±1 desviación estándar (SD)) que resuelven las características espectrales únicas entre tejidos gástricos normales y de MI, según una realización de la presente invención;Figure 22B shows difference spectra (ie MI-normal ± 1 standard deviation (SD)) that resolve the unique spectral characteristics between normal and MI gastric tissues, according to one embodiment of the present invention;

las figuras 23A y 23B muestran fotomicrografías de secciones teñidas con hematoxilina y eosina (H y E) de tejidos gástricos: A, mucosa gástrica normal (aumentos X200); B, metaplasia intestinal extensa (aumentos X100);Figures 23A and 23B show photomicrographs of hematoxylin and eosin stained sections (H and E) of gastric tissues: A, normal gastric mucosa (X200 magnifications); B, extensive intestinal metaplasia (X100 magnification);

la figura 24 muestra los primeros cinco componentes principales (PC, Principal Components) que representan ~88 % de la varianza total calculados a partir de espectros Raman de Fp y HW integrados de tejido gástrico (PC1 = 45,6 %; PC2 = 33,6 %; PC3 = 4,2 %; PC4 = 3,1 %; pC5 = 1,2 %;), según una realización de la presente invención;Figure 24 shows the first five principal components (PC, Principal Components) that represent ~ 88% of the total variance calculated from Raman spectra of integrated Fp and HW of gastric tissue (PC1 = 45.6%; PC2 = 33, 6%; PC3 = 4.2%; PC4 = 3.1%; pC5 = 1.2%;), according to an embodiment of the present invention;

las figuras 25A, 25B y 25C muestran diagramas de dispersión de valores de probabilidad a posteriori pertenecientes a categorías de tejido gástrico normal y de MI calculadas mediante (A) FP, (B) HW y (C) técnicas Raman de FP y HW integradas, respectivamente, utilizando PCA-LDA junto con procedimientos de validación cruzada dejando un sitio de tejido fuera, según una realización de la presente invención, donde las líneas de puntos (0,5) proporcionan sensibilidades diagnósticas del 96,3 % (26/27), 77,8 % (21/27) y 92,6 % (25/27), y especificidades del 87,5 % (77/88), 78,4 % (69/88) y 90,9 % (80/88), respectivamente, utilizando técnicas Raman de FP, HW y FP/HW integradas para separar una MI del tejido gástrico normal; ((O) normal, (▲) MI),Figures 25A, 25B and 25C show scatter diagrams of posterior probability values belonging to MI and normal gastric tissue categories calculated using (A) FP, (B) HW and (C) integrated FP and HW Raman techniques, respectively, using PCA-LDA in conjunction with cross-validation procedures leaving a tissue site out, according to one embodiment of the present invention, where the dotted lines (0.5) provide diagnostic sensitivities of 96.3% (26/27) , 77.8% (21/27) and 92.6% (25/27), and specificities of 87.5% (77/88), 78.4% (69/88) and 90.9% (80 / 88), respectively, using integrated FP, HW, and FP / HW Raman techniques to separate an MI from normal gastric tissue; ((O) normal, (▲) MI),

la figura 26 muestra curvas de características operativas del receptor (ROC) de resultados de clasificación para distinguir la MI del tejido gástrico normal para Raman de FP/HW integrados, FP y HW, respectivamente, junto con algoritmos de PCA-LDA con técnicas de validación cruzada dejando un sitio de tejido fuera, según una realización de la presente invención, donde las áreas de integración bajo las curvas de ROC son 0,96, 0,94 y 0,79, respectivamente, para las técnicas Raman FP/HW integradas, Raman de FP y Raman de HW;Figure 26 shows Receiver Operating Characteristics (ROC) curves of classification results to distinguish MI from normal gastric tissue for Raman integrated FP / HW, FP, and HW, respectively, along with PCA-LDA algorithms with validation techniques. crossed leaving a tissue site out, according to an embodiment of the present invention, where the integration areas under the ROC curves are 0.96, 0.94, and 0.79, respectively, for integrated FP / HW Raman techniques, Raman from FP and Raman from HW;

la figura 27 es un ejemplo de PLS-DA de intervalos aplicado a espectros Raman medidos desde la cavidad bucal, en el que una zona de gran variabilidad interanatómica (por ejemplo, 956 cm-1 de hidroxiapatita, 1302 cm-1 y 1445 cm-1 de lípidos) es descartada mediante las técnicas de selección variable, según una realización de la presente invención;Figure 27 is an example of PLS-DA of intervals applied to Raman spectra measured from the oral cavity, in which an area of great interanatomic variability (for example, 956 cm-1 of hydroxyapatite, 1302 cm-1 and 1445 cm- 1 lipid) is discarded by variable selection techniques, according to one embodiment of the present invention;

la figura 28 es un diagrama de flujo de un procedimiento de procesamiento del espectro Raman para predicción cuando se utilizan intervalos espectrales discretos, según una realización de la presente invención;Figure 28 is a flow chart of a Raman spectrum processing method for prediction when using discrete spectral ranges, in accordance with one embodiment of the present invention;

las figuras 29A y 29B muestran gráficos de un espectro Raman in vivo obtenido en modo sin contacto: (a) ausencia de un espejo caliente; (b) integrado con un espejo caliente, delante de una fuente de luz de xenón, según una realización de la presente invención;Figures 29A and 29B show graphs of an in vivo Raman spectrum obtained in non-contact mode: (a) absence of a hot mirror; (b) integrated with a hot mirror, in front of a xenon light source, according to an embodiment of the present invention;

las figuras 30A y 30B muestran gráficos de un espectro Raman in vivo obtenido en modo de contacto: (a) ausencia de un espejo caliente; (b) integrado con un espejo caliente, frente a una fuente de luz de xenón, según una realización de la presente invención;Figures 30A and 30B show graphs of an in vivo Raman spectrum obtained in contact mode: (a) absence of a hot mirror; (b) integrated with a hot mirror, facing a xenon light source, according to an embodiment of the present invention;

la figura 31 es un diagrama de bloques de un sistema generalizado para el filtrado de luz de iluminación para cualquier aplicación de espectroscopía Raman de fibra óptica en biomedicina, según una realización de la presente invención;Figure 31 is a block diagram of a generalized illumination light filtering system for any fiber optic Raman spectroscopy application in biomedicine, in accordance with one embodiment of the present invention;

la figura 32 es un diagrama de flujo de un procedimiento de calibración, según una realización de la presente invención;Figure 32 is a flow chart of a calibration procedure, according to one embodiment of the present invention;

la figura 33 es un diagrama de bloques de un dispositivo de calibración utilizado para probar y calibrar la técnica de endoscopía Raman de fibra óptica antes de su utilización en pacientes, según una realización de la presente invención;Figure 33 is a block diagram of a calibration device used to test and calibrate the fiber optic Raman endoscopy technique prior to use in patients, in accordance with one embodiment of the present invention;

la figura 34 es un diagrama de una rutina de prueba para endoscopía Raman antes de su utilización en pacientes, según una realización de la presente invención;Figure 34 is a diagram of a test routine for Raman endoscopy prior to use in patients, in accordance with one embodiment of the present invention;

la figura 35 es un gráfico de ejemplo de espectros de fondo obtenidos utilizando dos sondas de fibra óptica diferentes, según una realización de la presente invención. Figure 35 is an example graph of background spectra obtained using two different fiber optic probes, in accordance with one embodiment of the present invention.

la figura 36 es un diagrama de bloques que muestra una técnica o procedimiento para calibrar un recipiente de vidrio de estándar de fluorescencia en el dispositivo de calibración utilizando una lámpara de tungsteno estándar, según una realización de la presente invención;Figure 36 is a block diagram showing a technique or procedure for calibrating a fluorescence standard glass container in the calibration device using a standard tungsten lamp, in accordance with one embodiment of the present invention;

la figura 37 es un gráfico que muestra un ejemplo de funciones de calibración para dos sondas de fibra óptica diferentes, según una realización de la presente invención;Fig. 37 is a graph showing an example of calibration functions for two different fiber optic probes, according to an embodiment of the present invention;

la figura 38 es un gráfico que muestra un ejemplo de medición de un material con picos Raman bien definidos (por ejemplo, poliestireno), según una realización de la presente invención;Fig. 38 is a graph showing a measurement example of a material with well-defined Raman peaks (eg, polystyrene), according to an embodiment of the present invention;

la figura 39 es un gráfico que muestra un ejemplo de medición de mapeo polinomial de número de onda frente a número de píxeles, según una realización de la presente invención;Fig. 39 is a graph showing a polynomial mapping measurement example of wave number versus number of pixels, according to an embodiment of the present invention;

la figura 40A es un gráfico que muestra una comparación de espectros Raman obtenidos de un fantoma de tejido de dos capas (es decir, poliestireno y polietileno) utilizando 2 sondas Raman diferentes, según una realización de la presente invención;Figure 40A is a graph showing a comparison of Raman spectra obtained from a two-layer tissue phantom (ie, polystyrene and polyethylene) using 2 different Raman probes, according to one embodiment of the present invention;

la figura 40B es un gráfico que muestra un espectro Raman representativo de una capa superior y una capa inferior en el fantoma de tejido, según una realización de la presente invención;Figure 40B is a graph showing a representative Raman spectrum of an upper layer and a lower layer in the tissue phantom, according to an embodiment of the present invention;

la figura 41 es un diagrama de bloques de una técnica o procedimiento para mejorar la relación S/N y evitar la saturación del CCD mediante el ajuste automático de la potencia de excitación del láser y las acumulaciones, según una realización de la presente invención;Figure 41 is a block diagram of a technique or method for improving the S / N ratio and avoiding CCD saturation by automatically adjusting laser drive power and stacks, in accordance with one embodiment of the present invention;

la figura 42 es un diagrama de bloques de una técnica o procedimiento para mejorar la relación S/N y evitar la saturación del CCD mediante el ajuste automático del tiempo de exposición y de las acumulaciones, según una realización de la presente invención; yFigure 42 is a block diagram of a technique or method for improving the S / N ratio and avoiding CCD saturation by automatically adjusting exposure time and accumulations, in accordance with one embodiment of the present invention; and

la figura 43 es un diagrama de bloques que muestra una estructura de base de datos representativa para almacenar modelos de diagnóstico para diferentes sondas y diferentes órganos, según una realización de la presente invención.Fig. 43 is a block diagram showing a representative database structure for storing diagnostic models for different probes and different organs, according to an embodiment of the present invention.

La espectroscopía Raman representa una técnica vibratoria óptica única basada en el principio fundamental de la dispersión de luz inelástica. Cuando la luz láser incidente induce un cambio de polarización en las moléculas, una pequeña proporción de fotones incidentes (~1 en 108) se dispersa de manera inelástica con cambios de frecuencia correspondientes a los modos vibratorios activos Raman específicos de las moléculas en la muestra. Diferentes moléculas y diferentes enlaces vibran a diferentes frecuencias. La espectroscopía Raman es, por lo tanto, capaz de recoger una gran cantidad de información biomolecular específica de una gran cantidad de componentes inter y/o intracelulares, tales como proteínas, lípidos y ácidos desoxirribonucleicos (ADN), agua, etc. en los tejidos.Raman spectroscopy represents a unique optical vibratory technique based on the fundamental principle of inelastic light scattering. When incident laser light induces a polarization change in molecules, a small proportion of incident photons (~ 1 in 108) are inelastically scattered with frequency changes corresponding to the specific active Raman vibratory modes of the molecules in the sample. Different molecules and different bonds vibrate at different frequencies. Raman spectroscopy is, therefore, capable of collecting a large amount of specific biomolecular information from a large number of inter and / or intracellular components, such as proteins, lipids and deoxyribonucleic acids (DNA), water, etc. in tissues.

La figura 1 muestra un sistema o aparato de espectroscopía Raman confocal de fibra óptica o un espectroscopio Raman 100 confocal de fibra óptica, según una realización de la presente invención. El sistema 100 es capaz de realizar simultáneamente mediciones de espectroscopía Raman en el rango espectral de huellas (FP, FingerPrints) y el régimen de número de ondas alto (HW, High Wave). La obtención y el análisis de mediciones de rango espectral FP y HW combinadas, según las realizaciones de la presente invención, permite una mayor precisión en análisis in vivo y ex vivo de información biomolecular, por ejemplo, para caracterizar, identificar y/o diagnosticar tejido o tejidos gastrointestinales.Figure 1 shows a fiber optic confocal Raman spectroscopy system or apparatus or a fiber optic confocal Raman spectroscope 100, according to an embodiment of the present invention. System 100 is capable of simultaneously performing Raman spectroscopy measurements in the fingerprint spectral range (FP, FingerPrints) and the high wave number regime (HW, High Wave). Obtaining and analyzing combined FP and HW spectral range measurements, according to embodiments of the present invention, allows greater precision in in vivo and ex vivo analysis of biomolecular information, for example, to characterize, identify and / or diagnose tissue or gastrointestinal tissues.

El espectroscopio de Raman confocal de fibra óptica 100 incluye una fuente de iluminación colimada, tal como un láser de diodo del infrarrojo cercano (NIR, Near InfraRed) 102; un espectrógrafo 104 de formación de imágenes reflectantes de alto rendimiento; una cámara de dispositivo de carga acoplada (CCD, Charge Coupled Device) optimizada para NIR 106; y una sonda 108 acoplada ópticamente tanto al láser 102 como al espectrógrafo 104 por medio de una fibra óptica 110. La sonda 108 puede ser transportada por un cuerpo cilíndrico alargado 105 de un endoscopio (por ejemplo, en el interior de un canal del instrumento, proporcionado por el cuerpo cilíndrico alargado 105). El espectroscopio Raman 100 de fibra óptica puede incluir, además, un filtro de paso banda 112 para la eliminación del fondo de la iluminación de luz láser, y un filtro 114 de paso largo para pasar señales Raman de tejido mientras se elimina la luz láser dispersa y la interferencia del fondo de la fibra. Un sistema de ordenador o microcontrolador 124 puede proporcionar un módulo de análisis y control automatizado/informatizado para controlar aspectos del funcionamiento del espectroscopio Raman y realizar análisis espectrales Raman.The fiber optic confocal Raman spectroscope 100 includes a collimated illumination source, such as a Near InfraRed (NIR) diode laser 102; a high performance reflective imaging spectrograph 104; a Charge Coupled Device (CCD) camera optimized for NIR 106; and a probe 108 optically coupled to both laser 102 and spectrograph 104 by means of an optical fiber 110. Probe 108 may be carried by an elongated cylindrical body 105 of an endoscope (eg, within a channel of the instrument, provided by the elongated cylindrical body 105). The fiber optic Raman spectroscope 100 may further include a band pass filter 112 for removing background from laser light illumination, and a long pass filter 114 for passing tissue Raman signals while removing scattered laser light. and interference from the bottom of the fiber. A computer or microcontroller system 124 may provide an automated / computerized control and analysis module to monitor aspects of the Raman spectroscope performance and perform Raman spectral analyzes.

En una implementación representativa, el láser 102 de diodo del infrarrojo cercano puede tener una salida máxima de 300 mW y una longitud de onda de 785 nm, tal como sería coherente con el dispositivo fabricado, por ejemplo, por B&W Tek Inc. El láser NIR 102 genera una energía de excitación en la punta 116 de la sonda 108 que puede provocar vibración en cualquier especie “iluminada” por la sonda 108 y, de ese modo, dar lugar a un espectro Raman. Se pueden utilizar otros tipos de iluminación colimada para reemplazar el láser 102 de diodo. El espectrógrafo 104 puede estar equipado con enfriamiento termoeléctrico, por ejemplo, a aproximadamente -70 °C. In a representative implementation, the near infrared diode laser 102 may have a maximum output of 300 mW and a wavelength of 785 nm, as would be consistent with the device manufactured, for example, by B&W Tek Inc. The NIR laser 102 generates excitation energy at tip 116 of probe 108 which can cause vibration in any species "illuminated" by probe 108 and thereby give rise to a Raman spectrum. Other types of collimated illumination can be used to replace the diode laser 102. Spectrograph 104 can be equipped with thermoelectric cooling, for example, to about -70 ° C.

El espectrógrafo 104 puede ser compatible con un dispositivo tal como el Acton LS785 f/2, fabricado por Princeton Instruments Inc. La cámara 106 puede ser compatible con una Pixies 400BR eXcelon, fabricado por Princeton Instruments Inc. En dicha implementación representativa, el espectroscopio 100 puede obtener espectros Raman in vivo en el rango espectral de entre 400 y 3600 cm-1, con una resolución de aproximadamente 11 cm-1. Los dispositivos mostrados se presentan como ejemplos representativos y no pretenden ser limitativos. Las líneas de emisión atómica de las lámparas de calibración espectral de mercurio-argón se pueden utilizar para la calibración de longitudes de onda. Las lámparas pueden ser las compatibles con HG-1 y AR-1, fabricadas por Ocean Optics, Inc., Dunedin, FL. Todos los espectros calibrados en longitud de onda son corregidos para la dependencia del sistema con la longitud de onda, utilizando una lámpara de calibración de tungsteno, tal como una RS-10, fabricada por EG&G Gamma Scientific, San Diego, CA.The spectrograph 104 may be compatible with a device such as the Acton LS785 f / 2, manufactured by Princeton Instruments Inc. The camera 106 may be compatible with a Pixies 400BR eXcelon, manufactured by Princeton Instruments Inc. In such a representative implementation, the spectroscope 100 can obtain in vivo Raman spectra in the spectral range of 400 to 3600 cm-1, with a resolution of approximately 11 cm-1. The devices shown are presented as representative examples and are not intended to be limiting. Atomic emission lines from mercury-argon spectral calibration lamps can be used for wavelength calibration. Lamps may be HG-1 and AR-1 compatible, manufactured by Ocean Optics, Inc., Dunedin, FL. All calibrated wavelength spectra are corrected for system dependence on wavelength, using a tungsten calibration lamp, such as an RS-10, manufactured by EG&G Gamma Scientific, San Diego, CA.

En algunas realizaciones, para medir los espectros de FP y HW, las señales Raman de tejido se pueden medir cambiando sucesivamente diferentes frecuencias de excitación del láser o utilizando una rejilla de transmisión dual para cubrir todo el rango espectral, (es decir, entre -150 y 1950 cm-1; entre 1750 y 3600 cm-1) en alta resolución, tal como se da a conocer en la Solicitud de Patente Internacional núm. PCT/SG2014/000063.In some embodiments, to measure FP and HW spectra, tissue Raman signals can be measured by successively changing different laser excitation frequencies or by using a dual transmission grating to cover the entire spectral range, (i.e., between -150 and 1950 cm-1; between 1750 and 3600 cm-1) in high resolution, as disclosed in International Patent Application no. PCT / SG2014 / 000063.

La figura 2 muestra una realización adicional detallada en el presente documento, que es un sistema o aparato 200 de espectroscopía Raman confocal de fibra óptica de banda ancha (por ejemplo, entre 400 y 3600 cm-1) que utiliza una única rejilla reflectante para medir simultáneamente espectros de FP y HW de una manera que mejore la precisión de la caracterización y el diagnóstico de tejidos, por ejemplo, en órganos y partes del cuerpo accesibles endoscópicamente.Figure 2 shows a further embodiment detailed herein, which is a broadband (eg, 400 to 3600 cm-1) fiber optic confocal Raman spectroscopy system or apparatus 200 that uses a single reflective grating to measure simultaneously spectra of FP and HW in a way that improves the precision of characterization and diagnosis of tissues, for example, in organs and parts of the body accessible endoscopically.

El sistema 200 incluye un láser de diodo del infrarrojo cercano (NIR) 202 (Aex = 785 nm), un espectrógrafo 204 reflectante de alto rendimiento equipado con una cámara 206 de dispositivo de carga acoplada (CCD) optimizada para NIR y refrigerada termoeléctricamente y una sonda Raman confocal de fibra óptica 208 de 1,8 mm (diámetro exterior) especialmente diseñada. El sistema 200 incluye, además, un sistema de ordenador/microcontrolador 124, configurado para proporcionar un control automatizado/informatizado y un módulo de análisis, para controlar aspectos del funcionamiento del espectroscopio Raman y realizar análisis espectrales Raman. Más concretamente, el sistema de ordenador/microcontrolador 124 puede incluir una o varias unidades de procesamiento, configuradas para ejecutar instrucciones de programa residentes en memoria para realizar operaciones, procedimientos o procesos de obtención y análisis de espectros Raman concretos, según una realización de la presente invención. Una rejilla reflectante personalizada, de banda ancha, recubierta de oro (por ejemplo, 830 g/mm, que tiene una eficiencia de difracción > 90 % a ~800 nm) está incorporada o integrada en el sistema 200 Raman confocal de fibra óptica para cubrir todo el rango espectral (es decir, entre 400 y 3600 cm-1) con una resolución espectral de ~11 cm-1. La sonda 208 endoscópica Raman confocal de fibra óptica se utiliza tanto para el suministro de luz láser como para la recogida de señales Raman de tejido in vivo. La sonda 208 endoscópica Raman confocal ha sido descrita previamente en la Solicitud de Patente Internacional núm. PCT/SG2014/000063, e incluye una pluralidad de fibras colectoras biseladas recubiertas de filtro de 200 pm (NA = 0,22) que rodean una fibra central de suministro de luz (200 pm de diámetro, NA = 0,22). Una lente de bola de zafiro en miniatura de 1,0 mm (NA = 1,78) está acoplada a la punta de la fibra de la sonda 208 confocal para enfocar estrechamente la luz de excitación en el tejido, que permite la recogida eficaz del espectro Raman del recubrimiento epitelial (profundidad del tejido < 200 pm). La sonda Raman confocal de fibra óptica 208 se puede insertar en el canal de instrumentos de endoscopios médicos y colocar en contacto suave con el epitelio para la caracterización y el diagnóstico de tejidos in vivo utilizando una técnica de endoscopía Raman confocal de banda ancha, según una realización de la presente invención.System 200 includes a near-infrared (NIR) diode laser 202 (Aex = 785 nm), a high-performance reflective spectrograph 204 equipped with a thermoelectrically cooled and NIR-optimized charge-coupled device (CCD) camera 206, and a Specially designed 1.8 mm (outer diameter) 208 fiber optic confocal Raman probe. System 200 further includes a computer / microcontroller system 124, configured to provide automated / computerized control and analysis module, to monitor aspects of Raman spectroscope performance and perform Raman spectral analysis. More specifically, the computer / microcontroller system 124 may include one or more processing units, configured to execute memory-resident program instructions to perform specific Raman spectra obtaining and analysis operations, procedures, or processes, according to an embodiment herein. invention. A custom, wide-band, gold-coated reflective grating (for example, 830 g / mm, having a diffraction efficiency> 90% at ~ 800 nm) is incorporated or integrated into the fiber optic confocal 200 Raman system to cover the entire spectral range (i.e. between 400 and 3600 cm-1) with a spectral resolution of ~ 11 cm-1. The fiber optic confocal endoscopic Raman probe 208 is used for both the delivery of laser light and the collection of Raman signals from tissue in vivo. The confocal endoscopic Raman probe 208 has been previously described in International Patent Application No. PCT / SG2014 / 000063, and includes a plurality of 200 µm filter coated beveled collector fibers (NA = 0.22) surrounding a central light supply fiber (200 µm diameter, NA = 0.22). A 1.0 mm miniature sapphire ball lens (NA = 1.78) is attached to the fiber tip of the confocal probe 208 to narrowly focus the excitation light on the tissue, allowing efficient collection of the Raman spectrum of the epithelial lining (tissue depth <200 pm). The fiber optic confocal Raman probe 208 can be inserted into the instrument channel of medical endoscopes and placed in gentle contact with the epithelium for in vivo tissue characterization and diagnosis using a broadband confocal Raman endoscopy technique, based on a embodiment of the present invention.

La figura 3 muestra un ejemplo de espectro Raman y de autofluorescencia concomitante de FP y HW de banda ancha medido en mucosa gastrointestinal, que cubre las zonas de FP y HW. Se observan picos Raman de tejido de alta resolución sobre de la autofluorescencia concomitante en el rango de FP, con asignaciones moleculares provisionales, como sigue:Figure 3 shows an example of a Raman spectrum and concomitant autofluorescence of FP and broadband HW measured in gastrointestinal mucosa, covering the areas of FP and HW. High resolution tissue Raman peaks are observed on concomitant autofluorescence in the FP range, with tentative molecular assignments, as follows:

• 853 cm-1, que está relacionado con las proteínas v(C-C),• 853 cm-1, which is related to proteins v (C-C),

• 1004 cm-1, que está relacionado con el anillo aromático vs(C-C) de fenilalanina,• 1004 cm-1, which is related to the aromatic ring vs (C-C) of phenylalanine,

• 1078 cm-1, que está relacionado con las v(C-C) de lípidos,• 1078 cm-1, which is related to the v (C-C) of lipids,

• 1265 cm-1, que está relacionado con amida III v(C-N) y ó(N-H) de proteínas,• 1265 cm-1, which is related to amide III v (C-N) and or (N-H) of proteins,

• 1302 cm-1, que está relacionado con la torsión y agitación de proteínas CH3CH2,• 1302 cm-1, which is related to the twisting and shaking of CH3CH2 proteins,

• 1445 cm-1, que está relacionado con la deformación de 5(CH2) de proteínas y lípidos,• 1445 cm-1, which is related to the deformation of 5 (CH2) of proteins and lipids,

• 1655 cm-1, que está relacionado con amida I v(C=O) de proteínas, y• 1655 cm-1, which is related to amide I v (C = O) of proteins, and

• 1745 cm-1, que está relacionado con v(C=O) de lípidos.• 1745 cm-1, which is related to v (C = O) of lipids.

También se ven picos Raman intensos en la zona de HW, tales como:Strong Raman peaks are also seen in the HW zone, such as:

• entre 2850 y 2885 cm-1, que está relacionado con estiramiento simétrico y asimétrico de los CH2 de lípidos,• between 2850 and 2885 cm-1, which is related to symmetric and asymmetric stretching of lipid CH2s,

• 2940 cm-1, que está relacionado con estiramiento de CH3 de proteínas, • 2940 cm-1, which is related to stretching of protein CH3,

• 3400 cm-1 en la zona de entre 3100 y 3600 cm-1, que está relacionado con banda ancha Raman de vibraciones de estiramiento del OH del agua.• 3400 cm-1 in the area between 3100 and 3600 cm-1, which is related to the broad Raman band of stretching vibrations of the OH of the water.

Esta técnica de banda ancha según una realización de la presente invención permite que el rango de FP o HW o ambas zonas espectrales FP y HW se utilicen simultáneamente para análisis, identificación, caracterización y/o diagnóstico de tejidos, y es, por lo tanto, especialmente útil en órganos accesibles endoscópicamente que muestran una intensa autofluorescencia, que satura rápidamente el CCD. El sistema de ordenador/microcontrolador 124 se puede configurar para utilizar selectivamente la zona espectral de FP, la zona espectral de HW o ambas zonas FP y HW juntas, para análisis, identificación, caracterización y/o diagnóstico de tejidos, por ejemplo, en respuesta a una entrada del usuario dirigida a una interfaz gráfica de usuario (GUI, Graphical User Interface).This broadband technique according to an embodiment of the present invention allows the FP or HW range or both FP and HW spectral zones to be used simultaneously for tissue analysis, identification, characterization and / or diagnosis, and is therefore especially useful in endoscopically accessible organs showing intense autofluorescence, rapidly saturating the CCD. The computer / microcontroller system 124 can be configured to selectively use the FP spectral zone, the HW spectral zone, or both FP and HW zones together, for tissue analysis, identification, characterization and / or diagnosis, for example, in response to user input directed to a Graphical User Interface (GUI).

Una realización incluye la utilización de la zona espectral de HW para diagnóstico si la zona de FP excede el rango dinámico del CCD. En otra realización, tanto las zonas espectrales de FP como de HW se utilizan para caracterización, identificación y/o diagnóstico de tejidos. La plataforma de endoscopía Raman confocal de fibra óptica de banda ancha permite cambiar entre diferentes zonas espectrales (por ejemplo, HW, FP o FP y HW simultáneas) según el nivel de saturación del CCD y/o el tipo de tejido medido.One embodiment includes using the HW spectral area for diagnosis if the FP area exceeds the dynamic range of the CCD. In another embodiment, both the FP and HW spectral zones are used for tissue characterization, identification and / or diagnosis. The wideband fiber optic confocal Raman endoscopy platform allows to switch between different spectral zones (eg HW, FP or FP and HW simultaneous) depending on the saturation level of the CCD and / or the type of tissue measured.

Una técnica o procedimiento de caracterización, identificación o diagnóstico de tejidos según una realización de la presente invención utiliza la información de diagnóstico complementaria de los espectros de FP y HW de banda ancha. En general, los espectros biomédicos de los tejidos son extremadamente complejos. Para convertir las sutiles diferencias moleculares de espectros Raman entre diferentes tipos de tejidos en información de diagnóstico valiosa, se requieren sofisticadas técnicas de análisis estadístico multivariante, tales como el análisis de componentes principales (PCA, Principal Components Analysis). Esto se ha puesto en práctica ampliamente utilizando la totalidad de los espectros Raman (es decir, continuos) para diagnóstico y caracterización de tejidos en las zonas de FP o HW, respectivamente.A tissue characterization, identification or diagnostic technique or procedure according to one embodiment of the present invention uses the complementary diagnostic information of the broadband FP and HW spectra. In general, the biomedical spectra of tissues are extremely complex. To convert the subtle molecular differences in Raman spectra between different types of tissues into valuable diagnostic information, sophisticated multivariate statistical analysis techniques are required, such as Principal Components Analysis (PCA). This has been widely practiced using full Raman (ie continuous) spectra for diagnosis and characterization of tissues in the FP or HW zones, respectively.

El PCA reduce la dimensión de los espectros Raman descomponiéndolos en combinaciones lineales de componentes ortogonales, tales como los componentes principales (PC), de tal manera que se maximizan las variaciones espectrales en el conjunto de datos. Por lo tanto, PCA se ha integrado habitualmente con algoritmos de agrupamiento eficaces tales como máquinas de vectores de soporte (SVM, Support Vector Machine), regresión logística (LR, Logistic Regression) y análisis discriminante lineal (l Da , Linear Discriminant Analysis) para la clasificación de espectros Raman biomédicos. El PCA es muy eficaz para la reducción y el análisis de datos.PCA reduces the dimension of Raman spectra by decomposing them into linear combinations of orthogonal components, such as principal components (PC), in such a way that spectral variations in the data set are maximized. Therefore, PCA has been routinely integrated with efficient clustering algorithms such as Support Vector Machine (SVM), Logistic Regression (LR), and Linear Discriminant Analysis (l Da) to the classification of biomedical Raman spectra. PCA is very effective for data reduction and analysis.

Alternativamente, el análisis discriminante (DA, Discriminant Analysis) de mínimos cuadrados parciales (PLS, Partial Least Squares) se ha aplicado para problemas de clasificación, codificando la pertenencia de clase de ceros y unos, que representan afinidades de grupo en una matriz de indicador Y apropiada. El PLS-DA emplea el principio fundamental del PCA, pero rota aún más los componentes, tales como las variables latentes (LV, Latent Variables), maximizando la covarianza entre la variación espectral y la afinidad de grupo para que las LV expliquen las variaciones relevantes para el diagnóstico, en lugar de las variaciones más prominentes en el conjunto de datos espectrales. En la mayoría de los casos, esto garantiza que las variaciones espectrales significativas para el diagnóstico sean retenidas en los primeros LV.Alternatively, Partial Least Squares (PLS) Discriminant Analysis (DA) has been applied to classification problems, encoding class membership of zeros and ones, representing group affinities in an indicator matrix. And appropriate. The PLS-DA employs the fundamental principle of the PCA, but further rotates the components, such as the latent variables (LV, Latent Variables), maximizing the covariance between the spectral variation and the group affinity so that the LVs explain the relevant variations. for diagnostics, rather than the more prominent variations in the spectral data set. In most cases, this ensures that diagnostic-significant spectral variations are retained in the first LVs.

La mayoría de los algoritmos multivariantes (por ejemplo, PCA o PLS-DA) no están diseñados originalmente para hacer frente a grandes cantidades de variables espectrales irrelevantes. En otras palabras, algunas zonas espectrales en espectros Raman pueden tener un efecto degradante en el modelo de diagnóstico, por ejemplo, debido a una gran varianza, a interferencias, a variabilidad interanatómica, etc.Most multivariate algorithms (eg PCA or PLS-DA) are not originally designed to deal with large amounts of irrelevant spectral variables. In other words, some spectral areas in Raman spectra can have a degrading effect on the diagnostic model, for example, due to large variance, interference, interanatomic variability, etc.

En una realización, se da a conocer una técnica o procedimiento de diagnóstico novedoso, que utiliza la información complementaria de los rangos espectrales de FP y HW, por ejemplo, tal como se obtiene mediante mediciones espectrales de FP y HW realizadas utilizando un sistema 200 de espectroscopía Raman confocal de fibra óptica de banda ancha. Dicha realización hace uso de subintervalos espectrales discretos (por ejemplo, de aproximadamente 3 y 15 o de entre aproximadamente 5 y 10 subintervalos espectrales discretos, donde uno determinado, o cada subintervalo espectral, puede tener un ancho espectral de entre aproximadamente 10 y 30 cm-1 o aproximadamente 20 cm-1) en los espectros Raman de FP y HW de banda ancha, en lugar de los rangos espectrales continuos para el diagnóstico. La figura 4 muestra un ejemplo de mediciones Raman de banda ancha del gastro-intestino, en las que se ha extraído información complementaria de los rangos espectrales de FP, es decir, entre 800 y 1800 cm-1, y de HW, es decir, entre 2800 y 3600 cm-1. Las figuras 5A-5B muestran los mismos espectros Raman después de la resta de polinomios de 5° orden en el rango de FP y HW, respectivamente, revelando más claramente los picos Raman específicos. Según las realizaciones de la presente invención, se ha descubierto que la utilización de subintervalos espectrales de la zona de FP y HW mejora significativamente o mejora la precisión del diagnóstico endoscópico Raman in vivo de crecimientos anómalos, tales como precáncer y cáncer, tal como se describirá más adelante. Una realización según la presente invención se refiere al diagnóstico de crecimientos anómalos gastrointestinales, tales como crecimientos anómalos colorrectales. Los espectros Raman de FP y HW sin procesar medidos a partir de tejido colorrectal in vivo representan una combinación de señales Raman débiles de tejido, fondo de autofluorescencia intenso, y ruido. Con el fin de ver y analizar las señales Raman, el fondo y el ruido deben ser tratados o eliminados. Por lo tanto, los espectros sin tratar son preprocesados mediante un filtro de suavizado de primer orden, para reducir el ruido espectral, tal como un filtro Savitzky Golay, que tiene un ancho de ventana de 3 píxeles. En la zona de FP (entre 800 y 1800 cm-1), se encuentra que un polinomio de quinto orden es óptimo para ajustar el fondo de autofluorescencia en el espectro suavizado en ruido y, por lo tanto, este polinomio se resta del espectro de FP calibrado, para producir el espectro Raman tisular solo. En el rango de HW (entre 2800 y 3600 cm-1) se encuentra que el ajuste lineal de primer orden es óptimo para eliminar la referencia de autofluorescencia más débil. Dicho preprocesamiento de cada señal recibida se completa en aproximadamente 30 ms y, por lo tanto, los espectros Raman procesados y los resultados de diagnóstico se pueden visualizar en un dispositivo de visualización, tal como una pantalla de ordenador, en tiempo real.In one embodiment, a novel diagnostic technique or procedure is disclosed, which utilizes the supplemental information of the FP and HW spectral ranges, for example, as obtained by FP and HW spectral measurements performed using a system 200 of Broadband fiber optic confocal Raman spectroscopy. Said embodiment makes use of discrete spectral sub-ranges (for example, of approximately 3 and 15 or of between approximately 5 and 10 discrete spectral sub-ranges, where a certain one, or each spectral sub-interval, can have a spectral width of between approximately 10 and 30 cm- 1 or about 20 cm-1) in the broadband FP and HW Raman spectra, rather than the continuous spectral ranges for diagnostic purposes. Figure 4 shows an example of wideband Raman measurements of the gastro-intestine, in which complementary information has been extracted from the spectral ranges of FP, that is, between 800 and 1800 cm-1, and of HW, that is, between 2800 and 3600 cm-1. Figures 5A-5B show the same Raman spectra after subtraction of 5th order polynomials in the range of FP and HW, respectively, more clearly revealing the specific Raman peaks. In accordance with embodiments of the present invention, it has been discovered that the use of spectral sub-ranges of the FP and HW zone significantly improves or improves the accuracy of endoscopic Raman diagnosis in vivo of abnormal growths, such as precancer and cancer, as will be described later. An embodiment according to the present invention relates to the diagnosis of gastrointestinal abnormal growths, such as colorectal abnormal growths. Raw FP and HW Raman spectra measured from colorectal tissue in vivo represent a combination of weak tissue Raman signals, strong autofluorescence background, and noise. In order to see and analyze Raman signals, the background and noise must be treated or eliminated. Therefore, the raw spectra are pre-processed by a first-order smoothing filter to reduce spectral noise, such as a Savitzky Golay filter, which has a 3-pixel window width. In the FP zone (between 800 and 1800 cm-1), a fifth-order polynomial is found to be optimal for adjusting the autofluorescence background in the noise-smoothed spectrum, and therefore this polynomial is subtracted from the spectrum of Calibrated FP, to produce the tissue Raman spectrum alone. In the HW range (between 2800 and 3600 cm-1) the first order linear fit is found to be optimal to eliminate the weakest autofluorescence reference. Such pre-processing of each received signal is completed in approximately 30 ms, and therefore the processed Raman spectra and diagnostic results can be displayed on a display device, such as a computer screen, in real time.

Después del preprocesamiento, se analizan los espectros Raman para determinar picos y/o marcadores. A continuación, estos picos o marcadores se utilizan para estimar, caracterizar o determinar la naturaleza del tejido (la naturaleza de la lesión o el crecimiento anómalo) del que se obtienen los espectros. Esto puede ser realizado mediante el sistema informático utilizando un medio apropiado de comparación con espectros de control conocidos, marcadores de referencia y similares. El término marcadores de referencia, tal como se utiliza en el presente documento, pretende incluir uno o varios picos individuales en el espectro Raman, o, de hecho, todo el espectro Raman. Si uno o varios marcadores de referencia Raman son indicativos de una cierta naturaleza de crecimiento celular anómalo, se puede realizar una comparación entre un espectro obtenido y un marcador de referencia utilizando una tabla de búsqueda o similar. Se apreciará que se pueden emplear muchos tipos diferentes de técnicas o procedimientos de comparación. Una vez que se ha realizado la comparación y se ha determinado la mejor coincidencia, el tipo de crecimiento celular anómalo que está presente puede ser indicado al usuario del sistema 200 por cualquier medio apropiado. Esto puede incluir una representación visual en una pantalla de ordenador y/o un mensaje audible.After pre-processing, the Raman spectra are analyzed for peaks and / or markers. These peaks or markers are then used to estimate, characterize, or determine the nature of the tissue (the nature of injury or abnormal growth) from which the spectra are derived. This can be done by the computer system using an appropriate means of comparison with known control spectra, reference markers, and the like. The term "reference markers", as used herein, is intended to include one or more individual peaks in the Raman spectrum, or indeed the entire Raman spectrum. If one or more Raman reference markers are indicative of a certain nature of abnormal cell growth, a comparison can be made between an obtained spectrum and a reference marker using a lookup table or the like. It will be appreciated that many different types of comparison techniques or procedures can be employed. Once the comparison has been made and the best match has been determined, the type of abnormal cell growth that is present can be indicated to the user of system 200 by any appropriate means. This can include a visual representation on a computer screen and / or an audible message.

En una prueba de una realización del sistema 200, se examinaron colonoscópicamente un total de 50 pacientes sintomáticos consecutivos. Los pacientes se habían presentado para exámenes, para vigilancia, o cribado, de diversas indicaciones colorrectales, tales como anemia, sangrado, etc. Antes de la colonoscopia, se administró a los pacientes una preparación intestinal de electrolitos de polietilenglicol (PEG). Se realizó sedación utilizando propofol administrado por vía intravenosa. Los endoscopistas limpiaron el colon durante la inspección y antes de los escaneos Raman confocales, a continuación, las lesiones colorrectales polipoideas y planas se enjuagaron con una solución salina fisiológica para reducir más los factores de confusión (es decir, heces y líquidos residuales, etc.). Durante un examen habitual, el endoscopio fue dirigido hacia el colon distal, y se realizó un escaneo Raman (espectros ñ 15) en lesiones sospechosas durante la retirada de la sonda del cuerpo. Cada medición Raman del tejido fue obtenida en un período comprendido entre aproximadamente 0,1 y 0,5 segundos. Esto permitió un estudio rápido de los pólipos colorrectales. Cualesquiera espectros Raman obtenidos sin contacto con pólipos colónicos (~10 %) fueron descartados automáticamente mediante un software clínico en línea que utiliza procedimientos de análisis de componentes principales (PCA) asociados con estadísticas de residuos Q y T(i) 2 de Hotelling. Los procedimientos de PCA están sujetos a la Solicitud de Patente Internacional núm. PCT/SG2014/000063 citada anteriormente, y funcionan como sigue:In a test of one embodiment of System 200, a total of 50 consecutive symptomatic patients were colonoscopically examined. The patients had presented for examinations, for surveillance, or screening, for various colorectal indications, such as anemia, bleeding, etc. Before colonoscopy, patients were given a polyethylene glycol electrolyte (PEG) bowel prep. Sedation was performed using propofol administered intravenously. The endoscopists cleaned the colon during inspection and prior to confocal Raman scans, then flat, polypoid colorectal lesions were flushed with physiological saline to further reduce confounders (i.e. stool and residual fluids, etc. ). During a routine examination, the endoscope was directed towards the distal colon, and a Raman scan (ñ 15 spectra) was performed on suspicious lesions during removal of the probe from the body. Each Raman measurement of the tissue was obtained in a period of between approximately 0.1 and 0.5 seconds. This allowed a quick study of colorectal polyps. Any Raman spectra obtained without contact with colonic polyps (~ 10%) were automatically discarded using online clinical software using Principal Component Analysis (PCA) procedures associated with Hotelling's Q and T (i) 2 residue statistics. PCA procedures are subject to International Patent Application No. PCT / SG2014 / 000063 cited above, and they work as follows:

• Se introduce un nuevo esquema de detección de valores atípicos basado en el componente principal (PCA) acoplado con estadísticas de los residuos Q y T2 de Hotelling, para que sirvan como una herramienta de retroalimentación específica del modelo de alto nivel en el marco en línea. Los residuos Q y T2 de Hotelling son los dos parámetros independientes que proporcionan información dentro y fuera del ajuste del modelo.• A new principal component (PCA) -based outlier detection scheme is introduced, coupled with Hotelling's Q and T2 residual statistics, to serve as a high-level model-specific feedback tool in the online framework. . Hotelling's Q and T2 residuals are the two independent parameters that provide information inside and outside the model fit.

• Utilizando los parámetros de residuos Q y T2 de Hotelling como indicadores para controlar la calidad del espectro adquirida (es decir, modo de contacto sonda-tejido, variaciones de manipulación de la sonda, interferencia de luz blanca, interferencia de luz azul, factores de confusión, etc.), la retroalimentación de la auditoría ha sido integrada en el sistema de diagnóstico Raman en línea, facilitando la exploración espectroscópica en tiempo real y el asesoramiento de la manipulación de las sondas para los médicos.• Using Hotelling's Q and T2 residue parameters as indicators to control the quality of the acquired spectrum (ie, probe-tissue contact mode, probe manipulation variations, white light interference, blue light interference, factors of confusion, etc.), the audit feedback has been integrated into the online Raman diagnostic system, facilitating real-time spectroscopic scanning and probe handling advice for clinicians.

• Si los espectros fuesen verificados para un análisis adicional, son alimentados en modelos probabilísticos para diagnósticos de cáncer in vivo. El software puede conmutar instantáneamente entre diferentes modelos estadísticos multivariantes renderizados previamente, incluyendo análisis discriminante de mínimos cuadrados parciales (PLS-DA), análisis discriminante lineal (LDA) de pCa , LDA de optimización de colonia de hormigas (Ac O)-LDA (Ant Colony Optimization), árboles de clasificación y regresión (CART, Classification and Regression Trees), máquina de vectores de soporte (SVM, support vector machine), impulso adaptativo (Ada-Boost ) etc., basado en bases de datos espectrales de un gran número de pacientes.• If the spectra are verified for further analysis, they are fed into probabilistic models for in vivo cancer diagnoses. The software can instantly toggle between different pre-rendered multivariate statistical models, including partial least squares discriminant analysis (PLS-DA), linear discriminant analysis (LDA) of pCa, ant colony optimization LDA (Ac O) -LDA (Ant Colony Optimization), Classification and Regression Trees (CART), Support Vector Machine (SVM), Adaptive Boost (Ada-Boost) etc., based on spectral databases of a large number of patients.

Una vez completado el escaneo Raman y guardados los resultados, cada muestra de tejido se eliminó; se fijó en formalina; se seccionó; se tiñó con hematoxilina y eosina (H y E); y se envió para un examen histopatológico. Los tejidos colorrectales se clasificaron en las siguientes tres categorías clínicamente importantes:After the Raman scan was completed and the results saved, each tissue sample was removed; fixed in formalin; was sectioned; stained with hematoxylin and eosin (H and E); and was sent for histopathological examination. Colorectal tissues were classified into the following three clinically important categories:

(i) benignos (pólipos normales e hiperplásicos)(i) benign (normal and hyperplastic polyps)

(ii) adenomas (tubulares, tubulovellosos, vellosos) de bajo y alto grado y,(ii) adenomas (tubular, tubulovillous, villous) of low and high grade and,

(iii) adenocarcinomas. (iii) adenocarcinomas.

La técnica Raman confocal de fibra óptica de FP y HW simultánea, según una realización de la presente invención, se comparó con las evaluaciones histopatológicas para determinar la capacidad para diferenciar lesiones colorrectales neoplásicas de no neoplásicas, in vivo. The simultaneous FP and HW fiber optic confocal Raman technique, according to one embodiment of the present invention, was compared with histopathological evaluations to determine the ability to differentiate neoplastic from non-neoplastic colorectal lesions, in vivo.

La comparación incluyó la utilización de análisis estadístico de los resultados para validar si la técnica simultánea de espectroscopía Raman confocal de fibra óptica de FP y HW era suficientemente precisa para reemplazar las técnicas actualmente utilizadas. Se calcularon estadísticas de k de Cohen para evaluar la concordancia para la caracterización histopatológica. Se utilizó análisis de varianza (ANOVA) con la prueba de diferencias menos significativas (LSD, Least Significant Differences) post hoc de Fisher para probar diferencias en las medias entre grupos. Se utilizó análisis estadístico multivariante para extraer las características espectrales Raman significativas para diagnósticos clínicos. Se aplicó un análisis discriminante (DA) probabilístico de mínimos cuadrados parciales (PLS) para diagnóstico de tejidos. Se utilizó validación cruzada “dejando un paciente fuera” para evaluar y optimizar la complejidad del modelo de PLS-DA reduciendo el riesgo de sobreajuste. Se generaron las curvas de características operativas del receptor (ROC) y se calculó el área bajo las curvas (AUC) para evaluar la capacidad de la técnica de espectroscopía Raman confocal de fibra óptica de FP y HW para diferenciar pólipos neoplásicos de no neoplásicos, in vivo. The comparison included the use of statistical analysis of the results to validate whether the simultaneous FP and HW fiber optic confocal Raman spectroscopy technique was sufficiently accurate to replace the currently used techniques. Cohen's k statistics were calculated to assess agreement for histopathological characterization. Analysis of variance (ANOVA) with Fisher's post hoc Least Significant Differences (LSD) test was used to test for differences in means between groups. Multivariate statistical analysis was used to extract significant Raman spectral characteristics for clinical diagnoses. A probabilistic partial least squares (PLS) discriminant analysis (DA) was applied for tissue diagnosis. Cross-validation "leaving a patient out" was used to evaluate and optimize the complexity of the PLS-DA model, reducing the risk of overfitting. Receiver operating characteristic curves (ROC) were generated and the area under the curves (AUC) was calculated to assess the ability of the FP and HW fiber optic confocal Raman spectroscopy technique to differentiate neoplastic from non-neoplastic polyps, in alive.

En un experimento, que se presenta solo a modo de ejemplo, para mostrar los resultados de la utilización de una realización, según la presente invención, en un grupo concreto de sujetos o pacientes de prueba, cincuenta pacientes (27 hombres y 23 mujeres) con una edad promedio/rango de 52/(entre 23 y 83) fueron inscritos para el examen Raman confocal de fibra óptica. Trece pacientes presentaron displasia de bajo grado con adenomas ocultos (once adenomas tubulares, y dos tubulovellosos). Tres pacientes se asociaron con adenocarcinoma colorrectal en estadio avanzado. Una kappa de Cohen de 0,89 demostró un alto nivel de concordancia entre los hallazgos patológicos para los tres grupos de tejidos. Se obtuvieron con éxito un total de 1731 espectros Raman colorrectales in vivo a partir de 126 lesiones o crecimientos anómalos. De estas lesiones, 1397 fueron benignas, 235 fueron adenomas y 99 fueron adenocarcinomas. Esto fue confirmado por exámenes histopatológicos.In an experiment, presented by way of example only, to show the results of using an embodiment, according to the present invention, in a specific group of test subjects or patients, fifty patients (27 men and 23 women) with a mean age / range of 52 / (between 23 and 83) were enrolled for the confocal fiber optic Raman examination. Thirteen patients had low-grade dysplasia with hidden adenomas (eleven tubular adenomas and two tubulovillous). Three patients were associated with advanced-stage colorectal adenocarcinoma. A Cohen's kappa of 0.89 demonstrated a high level of agreement between the pathological findings for the three groups of tissues. A total of 1731 colorectal Raman spectra were successfully obtained in vivo from 126 abnormal growths or lesions. Of these lesions, 1,397 were benign, 235 were adenomas, and 99 were adenocarcinomas. This was confirmed by histopathological examinations.

La distribución detallada de los pacientes y las lesiones, incluyendo subtipos patológicos y ubicaciones anatómicas, tales como ascendente, transversal, descendente, sigmoide, recto, se resumen en la Tabla 1. The detailed distribution of patients and lesions, including pathological subtypes and anatomical locations, such as ascending, transverse, descending, sigmoid, rectum, are summarized in Table 1.

Figure imgf000012_0001
Figure imgf000012_0001

La figura 6 muestra la desviación estándar (SD) promedio de espectros Raman confocales in vivo ±1 (sombreada en gris claro), medida para crecimientos anómalos benignos, de adenoma y de adenocarcinoma. Se pueden observar picos Raman de tejido prominentes, con asignaciones provisionales en el rango de FP de aproximadamente:Figure 6 shows the mean standard deviation (SD) of in vivo confocal Raman spectra ± 1 (shaded in light gray), measured for benign, adenoma, and adenocarcinoma abnormal growths. Prominent tissue Raman peaks can be seen, with provisional assignments in the FP range of approximately:

• 853 cm-1, que está relacionado con las proteínas v(C-C),• 853 cm-1, which is related to proteins v (C-C),

• 1004 cm-1, que está relacionado con el anillo aromático vs(C-C) de la fenilalanina, • 1004 cm-1, which is related to the aromatic ring v s (CC) of phenylalanine,

• 1078 cm-1, que está relacionado con v(C-C) de los lípidos,• 1078 cm-1, which is related to v (C-C) of lipids,

• 1265 cm-1, que está relacionado con la amida III v(C-N) y S(N-H) de las proteínas,• 1265 cm-1, which is related to amide III v (C-N) and S (N-H) of proteins,

• 1302 cm-1, que está relacionado con la torsión y agitación de CH2 de los lípidos• 1302 cm-1, which is related to the twisting and agitation of CH2 of lipids

• 1445 cm-1, que está relacionado con la deformación de 5(CH2) de proteínas y lípidos,• 1445 cm-1, which is related to the deformation of 5 (CH2) of proteins and lipids,

• 1618 cm-1, que está relacionado con v(C=C) de las porfirinas• 1618 cm-1, which is related to v (C = C) of porphyrins

• 1655 cm-1, que está relacionado con la amida I v(C=O) de las proteínas, y• 1655 cm-1, which is related to the amide I v (C = O) of proteins, and

• 1745 cm-1, que está relacionado con los v(C=O) de los lípidos.• 1745 cm-1, which is related to the v (C = O) of lipids.

Asimismo, se observan picos Raman intensos en la zona de HW tales como:Likewise, intense Raman peaks are observed in the HW zone such as:

• entre 2850 y 2885 cm-1, que está relacionado con el estiramiento simétrico y asimétrico de los CH2 de los lípidos, respectivamente,• between 2850 and 2885 cm-1, which is related to the symmetric and asymmetric stretching of lipid CH2, respectively,

• 2940 cm-1, que está relacionado con el estiramiento de los CH3 de las proteínas,• 2940 cm-1, which is related to the stretching of CH3 in proteins,

• 3009 cm-1, que está relacionado con el estiramiento asimétrico de los =CH de las proteínas,• 3009 cm-1, which is related to the asymmetric stretching of the = CH of proteins,

• ~3300 cm-1, que está relacionado con la Amida A (estiramiento de los NH de las proteínas), así como• ~ 3300 cm-1, which is related to Amide A (NH stretching of proteins), as well as

• ~3200 y ~3400 cm-1 en la banda ancha Raman del agua, que está relacionado con las vibraciones de estiramiento de los OH que están directamente relacionadas con la conformación local y las interacciones de las uniones OH en el espacio intracelular y extracelular del tejido.• ~ 3200 and ~ 3400 cm-1 in the broad Raman band of water, which is related to stretching vibrations of OHs that are directly related to local conformation and interactions of OH bonds in the intracellular and extracellular space of the tissue.

La figura 7A muestra los espectros de diferencia para adenoma benigno, adenocarcinoma benigno y adenomaadenocarcinoma ±1 SD (sombreado en gris claro) que resuelve las características espectrales distintivas, tales como la intensidad de pico, el desplazamiento y el ensanchamiento de la banda, etc. entre las diferentes lesiones colorrectales.Figure 7A shows the difference spectra for benign adenoma, benign adenocarcinoma, and adenomaadenocarcinoma ± 1 SD (light gray shading) that resolves distinctive spectral features such as peak intensity, band shift and widening, etc. between the different colorectal lesions.

La figura 7B muestra un gráfico logarítmico de los valores p calculados (ANOVA) para cada una de las intensidades Raman en la totalidad del rango espectral (variando cada espectro Raman entre 800 y 1800 cm-1 y entre 2800 y 3600 cm-1 con un conjunto de 779 intensidades).Figure 7B shows a logarithmic graph of the calculated p-values (ANOVA) for each of the Raman intensities in the entire spectral range (each Raman spectrum varying between 800 and 1800 cm-1 and between 2800 and 3600 cm-1 with a set of 779 intensities).

La figura 7C muestra un histograma de las intensidades de pico Raman más significativas para el diagnóstico (media ±1 SD) de los rangos de FP y HW alrededor de (i) 1078 cm-1 (ii) 1265 cm-1 (iii) 1335 cm-1 (iv) 1431 cm-1 (v) 1618 cm-1 (vi) 2885 cm-1 y (vii) 3200 cm-1.Figure 7C shows a histogram of the most significant Raman peak intensities for the diagnosis (mean ± 1 SD) of the FP and HW ranges around (i) 1078 cm-1 (ii) 1265 cm-1 (iii) 1335 cm-1 (iv) 1431 cm-1 (v) 1618 cm-1 (vi) 2885 cm-1 and (vii) 3200 cm-1.

Los espectros Raman in vivo se correlacionaron con secciones histopatológicas representativas de las diferentes categorías de patología. La figura 8A muestra la presencia extensa de células caliciformes en mucosa de tipo intestinal normal con infiltrado linfo-plasmocítico. La figura 8B muestra características polipoides con glándulas en forma de estrella en un pólipo hiperplásico de tipo caliciforme. La figura 8C muestra un adenoma tubular con displasia de bajo grado que muestra células apiñadas con núcleos hipercromáticos. La figura 8D muestra un adenocarcinoma invasivo con anomalías celulares y arquitectónicas prominentes. Las caracterizaciones histopatológicas en las figuras 8A-D revelan las características celulares y morfológicas de diferentes tipos de lesiones, mientras que la técnica de espectroscopía Raman confocal de fibra óptica de FP y HW revela los cambios biomoleculares que ocurren en el epitelio, asociados con la carcinogénesis colorrectal que se muestra en las figuras 7A-C. The in vivo Raman spectra were correlated with representative histopathological sections of the different pathology categories. Figure 8A shows the extensive presence of goblet cells in normal intestinal-type mucosa with lympho-plasmocytic infiltrate. Figure 8B shows polypoid features with star-shaped glands in a hyperplastic goblet-like polyp. Figure 8C shows a tubular adenoma with low-grade dysplasia showing crowded cells with hyperchromatic nuclei. Figure 8D shows an invasive adenocarcinoma with prominent cellular and architectural abnormalities. Histopathological characterizations in Figures 8A-D reveal the cellular and morphological characteristics of different types of lesions, while the FP and HW fiber-optic confocal Raman spectroscopy technique reveals the biomolecular changes that occur in the epithelium, associated with carcinogenesis. colorectal shown in Figures 7A-C.

Utilizando la información biomolecular complementaria de los rangos espectrales de FP y HW, se aplica espectroscopía Raman de fibra óptica para el diagnóstico in vivo. La figura 9A muestra las probabilidades a posteriori generadas utilizando el PLS-DA probabilístico tricotómico de los 50 pacientes colorrectales pertenecientes a (i) benigno (n = 1397), (ii) adenoma (n = 235) y (iii) adenocarcinoma (n = 99), respectivamente, utilizando la técnica de espectroscopía Raman confocal de fibra óptica de FP y HW, según una realización de la presente invención. Las relaciones entre sensibilidades y especificidades se determinaron mediante el desarrollo de las curvas de ROC, tal como se muestra en la figura 9B. Las áreas bajo las curvas (AUC) son 0,930 y 0,978, para distinguir adenoma de pólipos benignos, y adenocarcinoma de adenoma y pólipos benignos, respectivamente. El análisis de ROC muestra que el adenoma se puede distinguir de las lesiones planas y polipoides benignas con una sensibilidad del 88,5 % (208/235) y una especificidad del 80,0 % (1118/1397). Se detectaron adenocarcinomas con una sensibilidad del 92,9 % (92/99) y una especificidad del 96,51 % (1575/1632) para cada espectro. Se realizó un análisis de ROC adicional, tal como se muestra en la figura 10, para examinar si la información biomolecular de los regímenes de FP y HW era complementaria para el diagnóstico. El AUC fue de 0,908, en base al rango de FP (es decir, entre 800 y 1800 cm-1) y de 0,895 en base al rango de HW (es decir, entre 2800 y 3600 cm-1). Por otro lado, al utilizar la información complementaria de los rangos de FP y HW, la robustez se mejoró significativamente, conduciendo a un AUC de 0,930. A la luz de estos alentadores resultados in vivo, la técnica única de espectroscopía Raman confocal de fibra óptica de FP y HW representa una modalidad óptica muy potente, que permite el diagnóstico objetivo en tiempo real de la neoplasia colorrectal in vivo. Using the complementary biomolecular information from the FP and HW spectral ranges, fiber optic Raman spectroscopy is applied for in vivo diagnosis. Figure 9A shows the a posteriori probabilities generated using the trichotomic probabilistic PLS-DA of the 50 colorectal patients belonging to (i) benign (n = 1397), (ii) adenoma (n = 235) and (iii) adenocarcinoma (n = 99), respectively, using the FP and HW fiber optic confocal Raman spectroscopy technique, according to an embodiment of the present invention. The relationships between sensitivities and specificities were determined by developing the ROC curves, as shown in Figure 9B. The areas under the curves (AUC) are 0.930 and 0.978, to distinguish adenoma from benign polyps, and adenocarcinoma from benign adenoma and polyps, respectively. ROC analysis shows that adenoma can be distinguished from benign flat and polypoid lesions with a sensitivity of 88.5% (208/235) and a specificity of 80.0% (1118/1397). Adenocarcinomas were detected with a sensitivity of 92.9% (92/99) and a specificity of 96.51% (1575/1632) for each spectrum. An additional ROC analysis, as shown in Figure 10, was performed to examine whether the biomolecular information from the FP and HW regimens was complementary to the diagnosis. The AUC was 0.908, based on the FP range (that is, between 800 and 1800 cm-1) and 0.895 based on the HW range (that is, between 2800 and 3600 cm-1). On the other hand, when using the complementary information from the FP and HW ranges, the robustness was significantly improved, leading to an AUC of 0.930. In light of these encouraging in vivo results, the unique FP and HW fiber optic confocal Raman spectroscopy technique represents a very powerful optical modality, allowing real-time objective diagnosis of colorectal neoplasia in vivo.

Se conoce que un gran grupo de personas tiene ocultos pequeños pólipos hiperplásicos colorrectales o lesiones polipoides planas, que aumentan significativamente el coste de las evaluaciones histopatológicas. La motivación más importante para desarrollar y adoptar las modalidades endoscópicas avanzadas para exámenes colorrectales es la capacidad de diferenciar pólipos hiperplásicos benignos de un adenoma. Las realizaciones, según la presente invención demuestran que, por primera vez, los espectros Raman confocales in vivo de alta calidad que cubren los rangos espectrales de FP y HW pueden ser medidos (por ejemplo, simultáneamente) a partir de pólipos colorrectales, y analizados en tiempo real, y esto puede ser utilizado para ofrecer una forma mejorada de identificar neoplasias tales como las que se muestran en la figura 6. La técnica de espectroscopía Raman confocal de fibra óptica según las realizaciones de la presente invención descubre una pluralidad de cambios bioquímicos y biomoleculares que ocurren en el epitelio, que acompañan a la transformación neoplásica, tal como se muestra en las figuras 7A-C. Por ejemplo, los pólipos neoplásicos se asociaron con intensidades de pico Raman significativamente menores en 1078 cm-1 con respecto a v(C-C); 1431 cm-1 con respecto a 5(CH2); y 2850 y 2885 cm-1 con respecto al estiramiento simétrico y asimétrico del enlace CH2 , respectivamente (p < 0,001), lo que apunta a una reducción relativa en el contenido de lípidos. Los resultados muestran, asimismo, una proteína regulada al alza significativa, tal como indican los biomarcadores sensibles en 1004 cm-1 con respecto al anillo aromático vs(C-C) de la fenilalanina, y el ensanchamiento de la banda en 1655 cm-1 con respecto a la amida I v(C = O) de las proteínas, que apunta a una mayor proliferación celular en el epitelio neoplásico. La intensidad del pico Raman prominente en los pólipos neoplásicos en 1618 cm-1 (p < 0,001) también está muy relacionada con el contenido de hemoglobina asociado con el inicio antigénico y la neovasculación resultante.A large group of people are known to have hidden small colorectal hyperplastic polyps or flat polypoid lesions, which significantly increase the cost of histopathological evaluations. The most important motivation to develop and adopt advanced endoscopic modalities for colorectal examinations is the ability to differentiate benign hyperplastic polyps from an adenoma. The embodiments according to the present invention demonstrate that, for the first time, high quality in vivo confocal Raman spectra covering the FP and HW spectral ranges can be measured (eg, simultaneously) from colorectal polyps, and analyzed in real time, and this can be used to offer an improved way of identifying neoplasms such as those shown in Figure 6. The confocal fiber optic Raman spectroscopy technique according to embodiments of the present invention uncovers a plurality of biochemical changes and biomoleculars occurring in the epithelium, accompanying neoplastic transformation, as shown in Figures 7A-C. For example, neoplastic polyps were associated with significantly lower Raman peak intensities by 1078 cm -1 with respect to v (CC); 1431 cm -1 with respect to 5 (CH 2 ); and 2850 and 2885 cm -1 with respect to the symmetric and asymmetric stretching of the CH 2 bond, respectively (p <0.001), which points to a relative reduction in lipid content. The results also show a significant upregulated protein, as indicated by the sensitive biomarkers in 1004 cm -1 with respect to the aromatic ring v s (CC) of phenylalanine, and the widening of the band in 1655 cm -1 with with respect to the amide I v (C = O) of the proteins, which points to a greater cell proliferation in the neoplastic epithelium. The intensity of the prominent Raman peak in neoplastic polyps at 1618 cm -1 (p <0.001) is also closely related to the hemoglobin content associated with antigenic onset and the resulting neovasculation.

Las intensidades de pico mencionadas anteriormente están relacionadas con vibraciones de enlaces específicos dentro de las moléculas. Cada tipo de enlace tiene una intensidad de pico diferente, y la identificación de una intensidad de pico que puede ser asociada con un enlace específico puede revelar información biomolecular. El hecho de que una lesión o un crecimiento anómalo incluya un enlace o enlaces específicos y dé lugar a un pico de intensidad asociado específico puede ser utilizado para diferenciar diferentes tipos de crecimiento anómalo. Por ejemplo, si un crecimiento anómalo que es benigno muestra un pico de intensidad específico, la detección posterior de ese pico de intensidad puede conducir a la determinación de que en la situación posterior la lesión, o el crecimiento anómalo, también es probable que sea benigna.The above-mentioned peak intensities are related to vibrations of specific bonds within molecules. Each type of bond has a different peak intensity, and identifying a peak intensity that can be associated with a specific bond can reveal biomolecular information. The fact that a lesion or abnormal growth includes a specific link (s) and gives rise to a specific associated intensity peak can be used to differentiate between different types of abnormal growth. For example, if an abnormal growth that is benign shows a specific intensity peak, later detection of that intensity peak can lead to the determination that in the subsequent situation the injury, or abnormal growth, is also likely to be benign. .

Según las realizaciones de la presente invención, el vínculo entre la intensidad de pico y los biomarcadores se puede aprovechar para identificar el tipo de crecimiento anómalo que está presente. Esto puede ocurrir tanto in vivo como ex vivo. According to embodiments of the present invention, the link between peak intensity and biomarkers can be exploited to identify the type of abnormal growth that is present. This can occur both in vivo and ex vivo.

En algunos resultados, se encontró que el contenido de agua era marcadamente diferente en el adenoma. El aumento en la intensidad de la amplia vibración antisimétrica del estiramiento del enlace OH en 3200 cm-1 (p < 0,001) indica que el epitelio neoplásico presenta un aumento del contenido de agua intersticial que se podría explicar parcialmente por la expresión de acuaporinas que alteran la permeabilidad al agua, induciendo de este modo la hidratación de las células neoplásicas. El aumento de agua intersticial puede estar interrelacionado con la disminución simultánea de lípidos hidrófobos. La importancia de este hallazgo se analizó calculando la relación de intensidad de pico (es decir, I2885/I3200) asociada con los lípidos y el agua intersticial. Esta proporción de pico por sí sola puede distinguir el adenoma de pólipos benignos con una sensibilidad del 81,3 % (191/235) y una especificidad del 80,4 % (1132/1397). Por lo tanto, el contenido de lípidos y la perfusión de agua en los pólipos son biomarcadores muy útiles para la neoplasia colorrectal in situ. La correlación directa de las huellas espectrales Raman epiteliales con la bioquímica celular y tisular puede, por lo tanto, profundizar la comprensión de la carcinogénesis colorrectal a nivel biomolecular in situ. Se puede emplear la utilización de picos o marcadores para diagnosticar el tipo de crecimiento anómalo que está presente.In some results, the water content was found to be markedly different in the adenoma. The increase in the intensity of the broad antisymmetric vibration of the OH bond stretch by 3200 cm -1 (p <0.001) indicates that the neoplastic epithelium presents an increase in interstitial water content that could be partially explained by the expression of aquaporins that alter permeability to water, thereby inducing hydration of neoplastic cells. The increase in interstitial water may be interrelated with the simultaneous decrease in hydrophobic lipids. The significance of this finding was analyzed by calculating the peak intensity ratio (ie, I 2885 / I 3200 ) associated with lipids and interstitial water. This peak ratio alone can distinguish adenoma from benign polyps with a sensitivity of 81.3% (191/235) and a specificity of 80.4% (1132/1397). Therefore, lipid content and water perfusion in polyps are very useful biomarkers for colorectal neoplasia in situ. The direct correlation of epithelial Raman spectral fingerprints with cellular and tissue biochemistry can therefore deepen the understanding of colorectal carcinogenesis at the biomolecular in situ level. The use of spikes or markers can be used to diagnose the type of abnormal growth that is present.

Aprovechando la amplia gama de biomarcadores ópticos complementarios que incluyen proteínas, lípidos, ADN y las conformaciones de agua no intersticial e intersticial en una proteína, por primera vez se ha demostrado que se puede realizar un diagnóstico preciso de adenoma in vivo, tal como se muestra en las figuras 9A-B. El adenoma se pudo distinguir de las lesiones planas y polipoides benignas con una sensibilidad del 88,5 % (208/235) y una especificidad del 80,0 % (1118/1397), para cada espectro. Aunque la sonda Raman de tipo confocal de fibra óptica interroga selectivamente la capa epitelial poco profunda, todavía era capaz de discriminar de manera eficiente los adenocarcinomas de los adenomas, lo que significa que las células cancerosas invasivas están asociadas con anomalías biomoleculares.Taking advantage of the wide range of complementary optical biomarkers including proteins, lipids, DNA, and the non-interstitial and interstitial water conformations in a protein, it has been shown for the first time that an accurate diagnosis of adenoma can be made in vivo, as shown in Figures 9A-B. Adenoma could be distinguished from benign flat and polypoid lesions with a sensitivity of 88.5% (208/235) and a specificity of 80.0% (1118/1397), for each spectrum. Although the fiberoptic confocal-type Raman probe selectively interrogates the shallow epithelial layer, it was still able to efficiently discriminate adenocarcinomas from adenomas, meaning that invasive cancer cells are associated with biomolecular abnormalities.

La eficacia de la técnica de colonoscopia Raman confocal de fibra óptica de FP y HW para la detección y el diagnóstico in vivo de la neoplasia colorrectal es clara a partir de los resultados. También se ha demostrado que utilizando los rangos espectrales de FP y HW se obtiene una AUC que era superior a la utilización cualquiera de los rangos de FP o HW individualmente. Estos resultados sustanciales establecen que la técnica de espectroscopía Raman de FP y HW puede reducir en gran medida la tasa de clasificación errónea, confirmando la adición de información biomolecular complementaria de los rangos de FP y HW para mejorar el diagnóstico colorrectal in vivo. Por ejemplo, el rango espectral de HW contiene información relacionada con la conformación local de agua, así como con las fracciones de estiramiento del enlace CH2 y CH3 que no están contenidas en el rango de FP. La combinación de los rangos de FP y HW también puede ser utilizada con fines de diagnóstico ex vivo. The efficacy of the FP and HW fiber optic confocal Raman colonoscopy technique for in vivo detection and diagnosis of colorectal neoplasia is clear from the results. It has also been shown that using the FP and HW spectral ranges yields an AUC that was superior to using either FP or HW ranges individually. These substantial results establish that the FP and HW Raman spectroscopy technique can greatly reduce the rate of misclassification, confirming the addition of complementary biomolecular information from the FP and HW ranges to improve colorectal diagnosis in vivo. For example, the spectral range of HW contains information related to the local conformation of water, as well as the stretching fractions of the CH 2 and CH 3 bond that are not contained in the range of FP. The combination of FP and HW ranges can also be used for ex vivo diagnostic purposes.

Cabe señalar que la combinación de las técnicas de espectroscopía Raman de FP y HW es habitualmente un procedimiento de funcionamiento preferido, tal como por medio de mediciones espectrales simultáneas de FP y HW. No obstante, la utilización de FP o HW in vivo produce resultados que son capaces de identificar diferentes tipos de crecimiento anómalo. Como resultado, las realizaciones según la presente invención pueden utilizar FP solo, HW solo o una combinación de FP y HW (por ejemplo, simultáneamente).It should be noted that the combination of FP and HW Raman spectroscopy techniques is usually a preferred operating procedure, such as by means of simultaneous FP and HW spectral measurements. However, the use of FP or HW in vivo produces results that are capable of identifying different types of abnormal growth. As a result, embodiments according to the present invention can use FP alone, HW alone, or a combination of FP and HW (eg, simultaneously).

Asimismo, cabe señalar que la utilización de subintervalos espectrales discretos (que también se pueden denominar valores predeterminados y/o marcadores de referencia) en los espectros de FP y HW de banda ancha proporciona una técnica o procedimiento de diagnóstico mejorado.Also, it should be noted that the use of discrete spectral sub-ranges (which may also be referred to as default values and / or reference markers) in broadband FP and HW spectra provides an improved diagnostic procedure or technique.

La utilización de una única rejilla reflectante de banda ancha recubierta de oro (por ejemplo, para obtener simultáneamente espectros de FP y HW) es un desarrollo importante en el equipo para una caracterización y diagnóstico objetivos de mayor precisión del tejido, por ejemplo, para caracterizar/diagnosticar crecimientos potencialmente anómalos, o anómalos, in vivo, con mayor precisión en tiempo real durante un procedimiento endoscópico. La única rejilla reflectante de banda ancha recubierta de oro significa que no hay necesidad de cambiar entre rejillas de difracción durante las mediciones in vivo, como había sido el caso en la técnica anterior. Evidentemente, esto tiene muchas ventajas. Por lo tanto, un sistema o dispositivo según una realización de la presente invención es capaz de realizar todas las mediciones necesarias sin que se requieran procesos de cambio. El dispositivo es más compacto y rentable, ya que tiene solo una rejilla en lugar de múltiples rejillas. Aunque el diseño de rejilla única está un poco comprometido en resolución espectral en comparación con un diseño de doble rejilla, este sistema compacto no afectaría, o no afectaría significativamente, a los propósitos o resultados del diagnóstico ya que la resolución espectral del sistema compacto coincide con el ancho de banda espectral Raman del tejido, que suele estar en el rango de ~10 cm-1.The use of a single gold-coated broadband reflective grating (e.g. to simultaneously obtain FP and HW spectra) is an important development in equipment for higher precision objective characterization and diagnosis of tissue, e.g. to characterize / diagnose potentially abnormal, or abnormal growths in vivo, with greater precision in real time during an endoscopic procedure. The unique gold-coated broadband reflective grating means that there is no need to switch between diffraction gratings during in vivo measurements, as has been the case in the prior art. Obviously, this has many advantages. Therefore, a system or device according to an embodiment of the present invention is capable of performing all necessary measurements without requiring change processes. The device is more compact and cost-effective as it has only one rack instead of multiple racks. Although the single grating design is somewhat compromised in spectral resolution compared to a dual grating design, this compact system would not or would not significantly affect diagnostic purposes or results as the spectral resolution of the compact system matches the Raman spectral bandwidth of the tissue, which is typically in the range of ~ 10 cm-1.

La espectroscopía Raman confocal de fibra óptica proporciona un diagnóstico objetivo informatizado e ininterrumpido en tiempo real, que es sencillo de operar y no requiere aprendizaje endoscópico adicional o administración de agentes de contraste. Al permitir la evaluación funcional y biomolecular/bioquímica del epitelio intestinal in vivo, la introducción de la espectroscopía Raman confocal de fibra óptica de FP y HW tendrá un impacto importante en la práctica de la endoscopía gastrointestinal, tal como la colonoscopia. Este nuevo enfoque endoscópico biomolecular permite una toma de decisiones objetiva e inmediata durante los exámenes clínicos colorrectales. Puede haber dos funciones clave para la espectroscopía Raman confocal de fibra óptica en los exámenes colorrectales, como sigue:Fiber optic confocal Raman spectroscopy provides real-time, uninterrupted computerized objective diagnosis that is simple to operate and does not require additional endoscopic training or administration of contrast agents. By allowing functional and biomolecular / biochemical evaluation of intestinal epithelium in vivo, the introduction of FP and HW fiber optic confocal Raman spectroscopy will have a major impact on the practice of gastrointestinal endoscopy, such as colonoscopy. This new biomolecular endoscopic approach enables immediate and objective decision making during colorectal clinical examinations. There may be two key functions for fiber optic confocal Raman spectroscopy in colorectal examinations, as follows:

(i) Enfoques preventivos e intervencionistas, incluida la identificación de pequeños adenomas de alto riesgo para polipectomía inmediata o REM. Se pueden dejar in situ pólipos hiperplásicos o lesiones planas sospechosas que tienen claramente una naturaleza de bajo riesgo, lo que reduce de manera eficiente los costes médicos;(i) Preventive and interventional approaches, including identification of small high-risk adenomas for immediate or REM polypectomy. Hyperplastic polyps or suspicious flat lesions that are clearly low-risk in nature can be left in situ, efficiently reducing medical costs;

(ii) la espectroscopía Raman confocal de fibra óptica también se puede utilizar para confirmar o rechazar de manera eficiente la presencia de adenocarcinoma colorrectal con un alto grado de precisión.(ii) Fiber optic confocal Raman spectroscopy can also be used to efficiently confirm or reject the presence of colorectal adenocarcinoma with a high degree of precision.

Las realizaciones según la presente invención abren la posibilidad de su utilización en cirugía endoscopía y laparoscópica del CCR, ofreciendo, por lo tanto, al gastroenterólogo una herramienta objetiva para la evaluación y definición en tiempo real de los márgenes de resección, así como la evaluación del seguimiento de la eficacia postratamiento o la recurrencia a nivel molecular. Esto puede ayudar en la escisión completa del tumor y la evaluación posterior de los márgenes para reducir el riesgo de recurrencia. Por lo tanto, la espectroscopía Raman confocal de fibra óptica de FP y HW según las realizaciones de la presente invención se puede utilizar en el sector de la endoscopía gastrointestinal, así como en otros sitios corporales, tanto en entornos de detección como en aplicaciones colorrectales terapéuticas, al permitir evaluaciones objetivas del tejido in vivo en tiempo real.The embodiments according to the present invention open the possibility of their use in endoscopic and laparoscopic surgery of RCC, therefore offering the gastroenterologist an objective tool for the evaluation and definition in real time of the resection margins, as well as the evaluation of the monitoring of post-treatment efficacy or recurrence at the molecular level. This can aid in complete excision of the tumor and subsequent evaluation of the margins to reduce the risk of recurrence. Thus, FP and HW fiber optic confocal Raman spectroscopy according to embodiments of the present invention can be used in the field of gastrointestinal endoscopy, as well as other body sites, both in detection settings and in therapeutic colorectal applications. , by allowing objective evaluations of the tissue in vivo in real time.

Otro ejemplo clínico utilizó una realización, según la presente invención, para el diagnóstico in vivo en tiempo real del carcinoma de células escamosas esofágicas (CCEE) durante la endoscopía mediante la obtención simultánea de ambos espectros Raman de huellas (FP) (es decir, ente 800 y 1800 cm-1) y de alto número de onda (HW) (es decir, entre 2800 y 3600 cm-1) de tejido esofágico in vivo. En este conjunto de experimentos, se obtuvieron un total de 1172 espectros Raman de tejido de FP/HW in vivo de alta calidad (normal (n = 860); CCEE (n = 312)) de 48 pacientes esofágicos sometidos a examen endoscópico rutinario. El conjunto total de datos Raman in vivo se dividió en dos partes: es decir, el 80 % del conjunto de datos total fue para aprendizaje (938 espectros Raman de FP/HW in vivo [normal (n = 736); CCEE (n = 202)] de 34 pacientes esofágicos); mientras que el 20 % restante del conjunto de datos total fue para pruebas predictivas (234 espectros Raman de fP/HW in vivo [normal (n = 124); CCEE (n = 110)] de 14 pacientes esofágicos).Another clinical example used an embodiment, according to the present invention, for real-time in vivo diagnosis of esophageal squamous cell carcinoma (SCC) during endoscopy by simultaneously obtaining both fingerprint Raman spectra (FP) (i.e., between 800 and 1800 cm-1) and high wave number (HW) (that is, between 2800 and 3600 cm-1) of esophageal tissue in vivo. In this set of experiments, a total of 1,172 high-quality in vivo FP / HW tissue Raman spectra (normal (n = 860); CCEE (n = 312)) were obtained from 48 esophageal patients undergoing routine endoscopic examination. The total in vivo Raman data set was divided into two parts: that is, 80% of the total data set was for learning (938 FP / HW Raman spectra in vivo [normal (n = 736); CCEE (n = 202)] of 34 esophageal patients); while the remaining 20% of the total data set was for predictive tests (234 Raman spectra of fP / HW in vivo [normal (n = 124); CCEE (n = 110)] of 14 esophageal patients).

La figura 11A muestra la desviación estándar (SD) promedio de espectros Raman de tejido de FP/HW in vivo ±1 (área sombreada) del conjunto de datos de aprendizaje (80 % del conjunto de datos total) para el desarrollo de algoritmos de diagnóstico de tejidos. También se muestran las imágenes correspondientes de los procedimientos Raman de FP/HW guiados por WLR. Se pueden observar picos Raman prominentes del tejido esofágico con asignaciones provisionales en la zona de FP, es decir:Figure 11A shows the mean standard deviation (SD) of in vivo FP / HW tissue Raman spectra ± 1 (shaded area) of the learning data set (80% of the total data set) for the development of diagnostic algorithms. of tissues. Corresponding images of WLR-guided FP / HW Raman procedures are also shown. Prominent Raman peaks of esophageal tissue can be seen with provisional assignments in the FP zone, i.e .:

• 853 cm-1, que está relacionado con las proteínas v(C-C),• 853 cm-1, which is related to proteins v (C-C),

• 1004 cm-1, que está relacionado con el anillo aromático de la fenilalanina,• 1004 cm-1, which is related to the aromatic ring of phenylalanine,

• 1078 cm-1, que está relacionado con las v(C-C) de los lípidos, • 1078 cm-1, which is related to the v (CC) of lipids,

• 1265 cm-1, que está relacionado con la amida III v(C-N) y S(N-H) de las proteínas,• 1265 cm-1, which is related to amide III v (C-N) and S (N-H) of proteins,

• 1302 cm-1, que está relacionado con la torsión y agitación del CH2 de los lípidos,• 1302 cm-1, which is related to the twisting and agitation of lipid CH2,

• 1335 cm-1, que está relacionado con la torsión de CH3CH2 de las proteínas y de los ácidos nucleicos,• 1335 cm-1, which is related to the CH3CH2 twist of proteins and nucleic acids,

• 1445 cm-1, que está relacionado con la deformación de los 5(CH2) de proteínas y lípidos,• 1445 cm-1, which is related to the deformation of the 5 (CH2) of proteins and lipids,

• 1618 cm-1, que está relacionado con los v(C=C) de las porfirinas• 1618 cm-1, which is related to the v (C = C) of the porphyrins

• 1655 cm-1, que está relacionado con la amida I v(C=O) de las proteínas, y• 1655 cm-1, which is related to the amide I v (C = O) of proteins, and

• 1745 cm-1, que está relacionado con los v(C=O) de los fosfolípidos.• 1745 cm-1, which is related to the v (C = O) of phospholipids.

Asimismo, se observan picos Raman intensos en la zona de HW como sigue:Also, strong Raman peaks are observed in the HW zone as follows:

• entre 2580 y 2885 cm-1, que está relacionado con el estiramiento simétrico y asimétrico de los CH2 de los lípidos, • 2940 cm-1, que está relacionado con el estiramiento de los CH3 de las proteínas,• between 2580 and 2885 cm-1, which is related to the symmetric and asymmetric stretching of lipid CH2, • 2940 cm-1, which is related to the stretching of protein CH3,

• ~3300 cm-1, que está relacionado con la amida A (estiramiento de los NH de las proteínas), y• ~ 3300 cm-1, which is related to amide A (NH stretching of proteins), and

• la banda ancha Raman de agua (vibraciones de estiramiento de los OH que alcanzan un máximo de entre ~3250 y ~3400 cm-1), que están relacionadas con la conformación local y las interacciones de las uniones OH en el espacio intracelular y extracelular del tejido esofágico.• the broad Raman band of water (stretching vibrations of OHs that reach a maximum between ~ 3250 and ~ 3400 cm-1), which are related to the local conformation and interactions of OH bonds in the intracellular and extracellular space of the esophageal tissue.

La figura 11B muestra la diferencia de espectros Raman entre CCEE y tejido esofágico normal ±1 SD (área sombreada), reflejando los cambios del componente activo Raman asociados con la progresión cancerosa en el esófago. La significativa diferencia (p = 1,3E-8, prueba t de Student bilateral no apareada ) en los espectros Raman de un CCEE y el tejido normal discernido demuestra el potencial de la endoscopía Raman de FP/HW simultánea para el diagnóstico in vivo del cáncer de esófago.Figure 11B shows the difference in Raman spectra between CCEE and normal esophageal tissue ± 1 SD (shaded area), reflecting the changes in active Raman component associated with cancer progression in the esophagus. The significant difference (p = 1.3E-8, unpaired two-sided Student's t-test) in the Raman spectra of a CCEE and discerned normal tissue demonstrates the potential of simultaneous FP / HW Raman endoscopy for the in vivo diagnosis of esophagus cancer.

Para dilucidar los componentes activos Raman de importancia diagnóstica, la figura 12A muestra un gráfico logarítmico de los valores p calculados (prueba t de Student bilateral no apareada) para cada una de las intensidades Raman en la totalidad del rango espectral (es decir, entre 800 y 1800 cm-1 y entre 2800 y 3600 cm-1). En concreto, se encontraron las siguientes subzonas espectrales con diferencia estadísticamente significativa (p < 1E-10) entre un CCEE y un esófago normal: entre 840- y 940 cm-1, entre 1025 y 1100 cm-1, ente 1310 y 1355 cm-1, entre 1585 y 1690 cm-1 y entre 2830 y 2975 cm-1 relacionados con proteínas, lípidos y ácidos nucleicos. También se observaron diferencias espectrales significativas en agua intersticial en los rangos entre 3160 y 3260 cm-1 y entre 3370 y 3420 cm-1.To elucidate the active Raman components of diagnostic significance, Figure 12A shows a logarithmic plot of the calculated p-values (unpaired two-sided Student's t-test) for each of the Raman intensities over the entire spectral range (i.e., between 800 and 1800 cm-1 and between 2800 and 3600 cm-1). Specifically, the following spectral subzones were found with a statistically significant difference (p <1E-10) between a CCEE and a normal esophagus: between 840- and 940 cm-1, between 1025 and 1100 cm-1, between 1310 and 1355 cm -1, between 1585 and 1690 cm-1 and between 2830 and 2975 cm-1 related to proteins, lipids and nucleic acids. Significant spectral differences were also observed in pore water in the ranges between 3160 and 3260 cm-1 and between 3370 and 3420 cm-1.

La figura 12B muestra un histograma de las intensidades de pico Raman más estadísticamente diferentes (media ±1 SD) para los rangos de FP y HW, es decir, (i) 853 cm-1, (ii) 1078 cm-1, (iii) 1335 cm-1, (iv) 1618 cm-1, (v) 1655 cm-1, (vi) 2850 cm-1, (vii) 2885 cm-1, (viii) 3250 cm-1 y (ix) 3400 cm-1. Tal como se indica en la figura 13, la histopatología identifica anomalías celulares y arquitectónicas prominentes en un CCEE, las bandas Raman de tejido de FP/HW relativamente más altas o más bajas que representan diferentes componentes activos de Raman revelan los cambios bioquímicos/biomoleculares específicos del tejido esofágico acompañados de transformación de CCEE. Los cambios de los espectros Raman de FP/HW relacionados con lípidos, proteínas, ADN y el contenido de agua en el tejido reconfirman la capacidad de la espectroscopía Raman de FP/HW simultánea para detectar un CCEE a nivel molecular.Figure 12B shows a histogram of the most statistically different Raman peak intensities (mean ± 1 SD) for the FP and HW ranges, that is, (i) 853 cm-1, (ii) 1078 cm-1, (iii ) 1335 cm-1, (iv) 1618 cm-1, (v) 1655 cm-1, (vi) 2850 cm-1, (vii) 2885 cm-1, (viii) 3250 cm-1 and (ix) 3400 cm-1. As indicated in Figure 13, histopathology identifies prominent cellular and architectural abnormalities in a CCEE, relatively higher or lower FP / HW tissue Raman bands representing different active Raman components reveal specific biochemical / biomolecular changes of esophageal tissue accompanied by transformation of CCEE. Changes in FP / HW Raman spectra related to lipids, proteins, DNA, and water content in tissue reconfirm the ability of simultaneous FP / HW Raman spectroscopy to detect CCEE at the molecular level.

Aprovechando la información bioquímica/biomolecular complementaria identificada en los rangos espectrales de FP y HW, se implementaron PLS-dA y LOPCV en el conjunto de datos de aprendizaje (80 % del conjunto de datos total), para desarrollar un modelo de diagnóstico robusto para mejorar el diagnóstico de CCEE in vivo. Una kappa de Cohen de 0,91 demostró un alto nivel de acuerdo entre los patólogos independientes para los agrupamientos de tejidos esofágicos. La figura 14 muestra los gráficos dispersos de la probabilidad a posteriori de PLS-DA con validación cruzada de cada predicción Raman para (a) FP, (b) HW y (c) FP/HW integrados, respectivamente. La precisión diagnóstica con espectroscopía Raman de FP/HW integrada es del 97,3 % [sensibilidad del 97,0 % (196/202) y especificidad del 97,4 % (717/736)], superior a la utilización de técnica Raman solo de FP (precisión-90,9 %; sensibilidad-93,6 % (189/202), y especificidad-90,2 % (664/736)) o solo de HW (precisión-85,5 %; sensibilidad-78,2 % (158/202) y especificidad-87,5 % (644/736)).Taking advantage of the complementary biochemical / biomolecular information identified in the spectral ranges of FP and HW, PLS-dA and LOPCV were implemented in the learning data set (80% of the total data set), to develop a robust diagnostic model to improve the diagnosis of CCEE in vivo. A Cohen's kappa of 0.91 demonstrated a high level of agreement among independent pathologists for the esophageal tissue clusters. Figure 14 shows the cross-validated PLS-DA posterior probability scatterplots of each Raman prediction for integrated (a) FP, (b) HW, and (c) FP / HW, respectively. The diagnostic precision with integrated FP / HW Raman spectroscopy is 97.3% [sensitivity 97.0% (196/202) and specificity 97.4% (717/736)], superior to the use of the Raman technique. only of FP (precision-90.9%; sensitivity-93.6% (189/202), and specificity-90.2% (664/736)) or only of HW (precision-85.5%; sensitivity- 78.2% (158/202) and specificity-87.5% (644/736)).

Las curvas de características operativas del receptor (ROC) también se generaron tal como se muestra en la figura 15, siendo las áreas de integración bajo las curvas de rOc de 0,972, 0,928 y 0,995, respectivamente, para las técnicas FP, HW y FP/HW integrada. Los resultados anteriores confirman que la técnica Raman de FP/HW integrada o simultánea proporciona los mejores resultados de diagnóstico para la detección de CCEE in vivo en comparación con la técnica Raman solo de FP o solo de HW.The receiver operating characteristics (ROC) curves were also generated as shown in figure 15, with the integration areas under the rOc curves of 0.972, 0.928 and 0.995, respectively, for the FP, HW and FP / techniques. Integrated HW. The above results confirm that the integrated or simultaneous FP / HW Raman technique provides the best diagnostic results for the detection of CCEE in vivo compared to the FP-only or HW-only Raman technique.

A la luz de estos prometedores resultados de diagnóstico, los algoritmos de diagnóstico y espectroscopía Raman de FP/HW simultáneos desarrollados se aplicaron al diagnóstico predictivo del conjunto de datos de prueba independiente (20 % del conjunto de datos total). La precisión predictiva del 93,2 % [es decir, sensibilidad del 92,7 % (102/110) y especificidad del 93,6 % (116/124)] se puede conseguir con espectroscopía Raman de FP/HW integrada, lo que demuestra las ventajas de la espectroscopía Raman de FP/HW integrada sobre la técnica Raman solo de FP (precisión predictiva-91,0 %; sensibilidad-90,9 % (100/110) y especificidad-91,9 % (113/124)) o solo de HW (precisión predictiva-80,3 %; sensibilidad-76,4 % (84/110), y especificidad-83,9 % (104/124)) para CCEE in vivo. En otra realización, se consideró la identificación de otros tipos de cáncer, por ejemplo, utilizando el sistema 200 de la figura 2, para identificar cánceres de cuello uterino u otros tipos de crecimientos anómalos.In light of these promising diagnostic results, the developed simultaneous FP / HW Raman spectroscopy and diagnostic algorithms were applied to the predictive diagnosis of the independent test data set (20% of the total data set). Predictive accuracy of 93.2% [ie, sensitivity of 92.7% (102/110) and specificity of 93.6% (116/124)] can be achieved with integrated FP / HW Raman spectroscopy, which demonstrates the advantages of integrated FP / HW Raman spectroscopy over Raman technique FP alone (predictive accuracy-91.0%; sensitivity-90.9% (100/110) and specificity-91.9% (113/124)) or HW alone (predictive accuracy-80.3%; sensitivity -76.4% (84/110), and specificity -83.9% (104/124)) for CCEE in vivo. In another embodiment, the identification of other types of cancer was considered, for example, using the system 200 of Figure 2, to identify cervical cancers or other types of abnormal growths.

Para seleccionar los intervalos espectrales complementarios de las zonas espectrales de FP y HW, se incorporan técnicas de selección de variables/características en la técnica de endoscopía Raman de banda ancha. Los beneficios de la selección de características/variables incluyen:To select the complementary spectral ranges of the FP and HW spectral regions, variable / feature selection techniques are incorporated into the broadband Raman endoscopy technique. The benefits of feature / variable selection include:

1. mejorar el rendimiento predictivo;1. improve predictive performance;

2. reducir la complejidad del modelo; y2. reduce the complexity of the model; and

3. obtener conocimientos acerca del proceso espectroscópico subyacente, tales como la importancia de las variables/características.3. gain knowledge about the underlying spectroscopic process, such as the importance of variables / characteristics.

En una realización, se utiliza un algoritmo de PLS-DA de intervalos, pero en principio se pueden aplicar otras, múltiples o todas las técnicas o procedimientos de selección de características/variables para seleccionar las zonas espectrales complementarias para cualquier algoritmo de agrupamiento, tales como PCA-LDA, SVM, LR, etc. Las técnicas de selección de características/variables podrían ser algoritmos genéticos (AG), inteligencia de enjambre, relaciones de selectividad, etc. Brevemente, el PLS-DA de intervalos utilizado en este caso realiza una búsqueda secuencial y exhaustiva de la mejor combinación de intervalos en los espectros Raman. Por consiguiente, el PLS-DA de intervalos crea modelos de PLS individuales, cada uno de los cuales utiliza solo un subconjunto o ventana de variables. Si hay 200 intervalos para un conjunto de datos espectrales determinado, se calculan 200 modelos de PLS-DA (es decir, uno para cada intervalo).In one embodiment, an interval PLS-DA algorithm is used, but in principle other, multiple, or all of the feature / variable selection techniques or procedures can be applied to select the complementary spectral zones for any clustering algorithm, such as PCA-LDA, SVM, LR, etc. Trait / variable selection techniques could be genetic algorithms (GA), swarm intelligence, selectivity relationships, etc. Briefly, the interval PLS-DA used in this case performs a sequential and exhaustive search for the best combination of intervals in the Raman spectra. Therefore, the interval PLS-DA creates individual PLS models, each of which uses only a subset or window of variables. If there are 200 intervals for a given spectral data set, 200 PLS-DA models are calculated (that is, one for each interval).

Se realiza una validación cruzada dejando un paciente fuera para cada modelo y se selecciona el intervalo que proporciona la mayor precisión de diagnóstico. Este es el modelo óptimo de intervalo único. Si solo se desea un intervalo, el algoritmo se detiene en este punto. No obstante, si se desea más de un intervalo (para aumentar el contenido de la información y mejorar el rendimiento predictivo), se pueden realizar ciclos adicionales. En el segundo ciclo, el primer intervalo seleccionado se utiliza en todos los modelos, pero se combina con cada uno de los otros intervalos restantes, uno cada vez, creando un nuevo conjunto de nuevos modelos de PLS. De esta manera, las zonas de valor diagnóstico complementario del rango de FP y HW son extraídas, mientras que los rangos espectrales redundantes o irrelevantes, tales como las zonas de escaso poder predictivo, son excluidas del modelo. En determinadas aplicaciones, se pueden utilizar otros rangos espectrales (por ejemplo, el llamado rango silencioso Raman, entre 2000 cm-1 y 2800 cm-1) distintos de los rangos de FP y HW.Cross-validation is performed leaving one patient out for each model and the interval that provides the highest diagnostic precision is selected. This is the optimal single interval model. If only one interval is desired, the algorithm stops at this point. However, if more than one interval is desired (to increase information content and improve predictive performance), additional cycles can be performed. In the second cycle, the first selected interval is used in all models, but is combined with each of the other remaining intervals, one at a time, creating a new set of new PLS models. In this way, the areas of complementary diagnostic value of the FP and HW range are extracted, while the redundant or irrelevant spectral ranges, such as areas of low predictive power, are excluded from the model. In certain applications, other spectral ranges (for example, the so-called Raman quiet range, between 2000 cm -1 and 2800 cm -1 ) other than the FP and HW ranges can be used.

Para demostrar una aplicación de esta realización, se obtuvo un espectro de banda ancha de una serie de pacientes cervicales. Se reclutaron 44 pacientes mujeres no embarazadas (entre 18 y 70 años de edad) que fueron sometidas a un procedimiento de colposcopia debido a una prueba de Papanicolaou anómala. Antes de las mediciones espectrales Raman de tejido in vivo, se aplicó una solución de ácido acético al 5 % por vía tópica en el cuello uterino durante 2 minutos para evaluar el blanqueamiento del color en el tejido (el grado de decoloración blanca en el cuello uterino está relacionado con el grado de precáncer).To demonstrate an application of this embodiment, a broadband spectrum was obtained from a series of cervical patients. Forty-four non-pregnant female patients (between 18 and 70 years of age) who underwent a colposcopy procedure due to an abnormal Pap smear were recruited. Prior to in vivo tissue Raman spectral measurements, a 5% acetic acid solution was applied topically to the cervix for 2 minutes to assess tissue color whitening (the degree of white discoloration in the cervix is related to the degree of precancer).

Se midieron espectros Raman de banda ancha confocal y de autofluorescencia concomitante colocando la sonda confocal de fibra óptica en contacto ligero con el tejido. La figura 16A muestra los espectros Raman y de autofluorescencia promedio compuestos en bruto de tejidos cervicales normales (n = 356) y precancerosos (n = 120). Los espectros de tejido del cuello uterino normal y precanceroso muestran bandas vibratorias Raman débiles en la parte superior de la autofluorescencia, cerca de:Concomitant autofluorescence and confocal broadband Raman spectra were measured by placing the fiber optic confocal probe in light contact with the tissue. Figure 16A shows the raw composite average Raman and autofluorescence spectra of normal (n = 356) and precancerous (n = 120) cervical tissues. Spectra of normal and precancerous cervical tissue show faint vibrating Raman bands at the top of the autofluorescence, near:

• ~854 cm-1, que está relacionado con la deformación aromática del glucógeno (CCH) y el estiramiento de los (C-C) de la proteína estructural y del colágeno,• ~ 854 cm -1 , which is related to the aromatic deformation of glycogen (CCH) and the stretching of the (CC) of structural protein and collagen,

~937 cm-1, que está relacionado con el estiramiento de las v(C-C) de la prolina, la valina y el glucógeno,~ 937 cm -1 , which is related to stretching of the v (CC) of proline, valine, and glycogen,

~ 1001 cm-1, que está relacionado con el anillo aromático (C-C) de la fenilalanina,~ 1001 cm -1 , which is related to the aromatic ring (CC) of phenylalanine,

~1095 cm-1, que está relacionado con fosfolípidos y ácidos nucleicos),~ 1095 cm -1 , which is related to phospholipids and nucleic acids),

~1253 cm-1, que está relacionado con la amida III,~ 1253 cm -1 , which is related to amide III,

~1313 cm-1, que está relacionado con el modo de torsión de los CH3CH2 de los lípidos/proteínas (colágeno), ~1445 cm-1, que está relacionado con el modo de flexión de los CH2 de las proteínas y los lípidos, ~1654 cm-1, que está relacionado con el modo de estiramiento de los (C=O) de la banda de la amida I de las proteínas,~ 1313 cm -1 , which is related to the torsion mode of CH 3 CH 2 of lipids / proteins (collagen), ~ 1445 cm -1 , which is related to the bending mode of CH 2 of proteins and lipids, ~ 1654 cm -1 , which is related to the stretch mode of the (C = O) of the amide I band of proteins,

~2946 cm-1, que está relacionado con el estiramiento de los CH3 de las proteínas, y~ 2946 cm -1 , which is related to protein CH 3 stretching, and

~3400 cm-1, que está relacionado con el estiramiento de los (OH) del agua.~ 3400 cm -1 , which is related to the stretching of the (OH) of the water.

Para demostrar que la técnica Raman de banda ancha integrada con la selección de intervalos puede mejorar el diagnóstico de precáncer de cuello uterino, se aplica un PLS-DA convencional al espectro continuo (figura 16A) y se aplica PLS-DA de intervalos para extraer zonas complementarias tal como se describió anteriormente. La figura 16B muestra las subzonas espectrales seleccionadas (es decir, entre 1000 y 1020 cm-1, ente 1640 y 1660 cm-1, entre 2890 y 2910 cm-1 y entre 3290 y 3310 cm-1) después del PLS-DA de intervalos.To demonstrate that the integrated broadband Raman technique with interval selection can improve the diagnosis of cervical precancer, a conventional PLS-DA is applied to the continuous spectrum (Figure 16A) and interval PLS-DA is applied to extract areas. complementary as described above. Fig. 16B shows the selected spectral subzones (that is, between 1000 and 1020 cm-1, between 1640 and 1660 cm-1, between 2890 and 2910 cm-1, and between 3290 and 3310 cm-1) after the interval PLS-DA.

La figura 17 muestra el error de clasificación en función de la complejidad del algoritmo (es decir, el número de LV) tanto para el modelo de PLS-DA como el de PLS-DA de intervalos. Los mínimos se pueden encontrar en 9 y 5 lV respectivamente. Es evidente que al utilizar esas zonas espectrales complementarias de la zona de FP y Hw en lugar de todo el espectro, la precisión aumenta significativamente (el error de clasificación se reduce del 25 % al 15 %). Este ejemplo muestra que eliminando las zonas que contienen poca información y seleccionando los subintervalos complementarios de los espectros de FP y hW, la precisión para la detección in vivo del precáncer se puede mejorar significativamente aproximadamente en un 10 %. De hecho, esto prueba que las zonas de FP y HW contienen información complementaria para la caracterización de tejidos. Los gráficos de dispersión de las figuras 18A y 18B muestran los resultados de la clasificación probabilística. Por consiguiente, los intervalos discretos de la técnica de endoscopio Raman confocal de banda ancha permite actualmente a los médicos obtener una medida probabilística más precisa del riesgo asociado con lesiones sospechosas, mejorando de este modo significativamente el guiado de las biopsias físicas.Figure 17 shows the classification error as a function of the complexity of the algorithm (that is, the number of LVs) for both the PLS-DA and PLS-DA models of intervals. The minima can be found at 9 and 5 l V respectively. It is evident that by using those complementary spectral zones of the FP and H w zone instead of the whole spectrum, the precision increases significantly (the classification error is reduced from 25% to 15%). This example shows that by removing the areas containing little information and selecting the complementary sub-ranges of the FP and h W spectra, the precision for in vivo detection of precancer can be significantly improved by approximately 10%. In fact, this proves that the FP and HW zones contain complementary information for tissue characterization. The scatter plots in Figures 18A and 18B show the results of the probabilistic classification. Consequently, the discrete ranges of the broadband confocal Raman endoscope technique now allow clinicians to obtain a more accurate probabilistic measure of the risk associated with suspicious lesions, thereby significantly improving the guidance of physical biopsies.

Cabe señalar que se pueden imponer umbrales a las clasificaciones probabilísticas (figura 18A y 18B) incorporando información previa, tal como antecedentes familiares de enfermedades. Por ejemplo, si un paciente pertenece a un grupo de alto riesgo, el aparato puede seleccionar automáticamente un umbral que proporcione una mayor sensibilidad para un precáncer o un cáncer. Otros tipos de datos para generar probabilidades previas podrían ser genéticos, proteómicos, epidemiológicos, tales como la edad, la etnia, el sexo, los hábitos de bebida, etc., el resultado de la formación de imágenes (por ejemplo, CT, MRI, etc.), síntomas, etc. La opción para ajustar los umbrales ha sido integrada en el software del endoscopio Raman clínico, que controla las mediciones espectrales. It should be noted that thresholds can be imposed on probabilistic classifications (Figures 18A and 18B) by incorporating prior information, such as family history of disease. For example, if a patient belongs to a high-risk group, the device can automatically select a threshold that provides greater sensitivity for a precancer or cancer. Other types of data to generate prior probabilities could be genetic, proteomic, epidemiological, such as age, ethnicity, gender, drinking habits, etc., the result of imaging (e.g. CT, MRI, etc.), symptoms, etc. The option to adjust the thresholds has been integrated into the clinical Raman endoscope software, which controls the spectral measurements.

En un ejemplo clínico adicional utilizando el endoscopio Raman confocal de banda ancha, se obtuvieron espectros Raman confocales de fibra óptica de una serie de pacientes gástricos, centrándose en el diagnóstico precoz de neoplasias malignas gástricas. La figura 19A muestra los espectros Raman promedio de FP y HW confocales in vivo medidos en 90 pacientes que presentaron diferentes tipos de tejido: benigno (n = 1950 espectros) y cáncer (n = 108 espectros) según lo confirmado por la caracterización histopatológica. Se pueden observar picos Raman tisulares prominentes de proteínas, ADN y lípidos en alrededor de:In a further clinical example using the broadband confocal Raman endoscope, fiber optic confocal Raman spectra were obtained from a series of gastric patients, focusing on the early diagnosis of gastric malignancies. Figure 19A shows the mean in vivo confocal FP and HW Raman spectra measured in 90 patients presenting different tissue types: benign (n = 1950 spectra) and cancer (n = 108 spectra) as confirmed by histopathological characterization. Prominent tissue Raman peaks of proteins, DNA, and lipids can be seen around:

936 cm-1, que está relacionado con las proteínas v(C-C),936 cm-1, which is related to proteins v (C-C),

1004 cm-1, que está relacionado con el anillo aromático vs(C-C) de la fenilalanina,1004 cm-1, which is related to the aromatic ring v s (CC) of phenylalanine,

1078 cm-1, que está relacionado con las v(C-C) de los lípidos,1078 cm-1, which is related to the v (C-C) of lipids,

1265 cm-1, que está relacionado con la amida III v(C-N) y S(N-H) de las proteínas,1265 cm-1, which is related to amide III v (C-N) and S (N-H) of proteins,

1302 cm-1, que está relacionado con la torsión y agitación del enlace CH2 de las proteínas,1302 cm-1, which is related to the twisting and shaking of the CH2 bond of proteins,

1445 cm-1, que está relacionado con la deformación de los 5(CH2) de proteínas y lípidos,1445 cm-1, which is related to the deformation of the 5 (CH2) of proteins and lipids,

1618 cm-1, que está relacionado con los v(C=C) de las porfirinas1618 cm-1, which is related to the v (C = C) of the porphyrins

1655 cm-1, que está relacionado con la amida I v(C=O) de las proteínas,1655 cm-1, which is related to the amide I v (C = O) of proteins,

1745 cm-1, que está relacionado con los v(C=O) de los lípidos.1745 cm-1, which is related to the v (C = O) of lipids.

~2946 cm-1, que está relacionado con el estiramiento de los CH3 de las proteínas, y~ 2946 cm-1, which is related to protein CH3 stretching, and

~3400 cm-1, que está relacionado con el estiramiento de los (OH) del agua.~ 3400 cm-1, which is related to the stretching of the (OH) of the water.

Para demostrar una realización según la presente invención, se aplica PLS-DA convencional al espectro continuo, así como PLS-DA de intervalos. La figura 19B muestra las zonas espectrales complementarias seleccionadas después del PLS-DA de intervalos (es decir, entre ~1050 y 1120 cm-1, entre ~1323 y 1490 cm-1 y entre ~2850 y 2870 cm-1).To demonstrate an embodiment according to the present invention, conventional PLS-DA is applied to the continuous spectrum, as well as interval PLS-DA. Figure 19B shows the complementary spectral zones selected after interval PLS-DA (i.e., between ~ 1050 and 1120 cm-1, between ~ 1323 and 1490 cm-1, and between ~ 2850 and 2870 cm-1).

La figura 20 muestra el error de clasificación en función de la complejidad del algoritmo (es decir, número de LV) tanto para PLS-DA como para PLS-DA de intervalos. Los errores mínimos en la clasificación se pueden encontrar utilizando 5 LV para ambos modelos. Es evidente que al elegir aquellas zonas espectrales significativas de diagnóstico complementario dentro del rango de FP y HW en lugar de en todo el espectro, el modelo se vuelve más preciso (el error de clasificación se reduce del 0,25 % al 0,18 %), tal como se muestra en el gráfico de dispersión en las figuras 21A y 21B. La sensibilidad aumenta del 72,2 % al 75,9 % y la especificidad aumenta del 74,7 % al 87,9 %, lo que muestra que la información complementaria mejora el diagnóstico del cáncer gástrico.Figure 20 shows the classification error as a function of algorithm complexity (ie LV number) for both PLS-DA and PLS-DA of intervals. Minimal errors in classification can be found using 5 LVs for both models. It is evident that by choosing those significant spectral zones of complementary diagnosis within the range of FP and HW instead of the entire spectrum, the model becomes more accurate (the classification error is reduced from 0.25% to 0.18% ), as shown in the scatter plot in Figures 21A and 21B. Sensitivity increases from 72.2% to 75.9% and specificity increases from 74.7% to 87.9%, showing that supplementary information improves the diagnosis of gastric cancer.

Otro ejemplo clínico más utilizó una realización según la presente invención en la que se utilizó una técnica endoscópica Raman de fibra óptica simultánea de FP y HW para la detección in vivo de lesiones precancerosas por metaplasia intestinal (MI) gástrica durante exámenes endoscópicos. En este ejemplo, el sistema 200 de espectroscopía Raman incluía un láser de diodo del infrarrojo cercano (NIR) (Aex = 785 nm) (salida máxima: 300 mW, B&W TEK Inc.), un espectrógrafo de formación de imágenes reflectantes de alto rendimiento (Acton LS-785 f/2, Princeton Instruments Inc.) equipado con una rejilla dorada de 830 gr/mm y una cámara de dispositivo de carga acoplada (CCD) optimizada por NIR y enfriada de manera termoeléctrica (PIXIS: 400BR-eXcelon, Princeton Instruments Inc.). El sistema 200 obtuvo tejido Raman in vivo en el rango espectral de entre 400 y 3600 cm-1 con una resolución de ~9 cm-1. Se utilizó una sonda 108 Raman de fibra óptica de 1,9 m de largo con un diámetro exterior de 1,8 mm para el suministro de luz láser y la recogida de señales Raman de tejido epitelial in vivo. La sonda 108 endoscópica Raman diseñada para endoscopía incluye 18 x 200 pm fibras colectoras biseladas (NA = 0,22) que rodean una fibra central de suministro de luz (200 pm de diámetro, Na = 0,22). Se acopla una lente de bola de zafiro de 1,0 mm (NA = 1,78) a la punta de la fibra de la sonda para enfocar estrechamente la luz de excitación sobre la superficie del tejido gástrico, lo que permite la recogida efectiva del espectro Raman del recubrimiento epitelial. La capacidad selectiva en profundidad del sistema 200 Raman de espectroscopía de fibra óptica garantiza una interrogación del tejido menos profundo(< 200 pm) con volumen de sondaje microscópico (< 0,02 mm2), reduciendo de este modo las interferencias y la dilución de la señal de tejidos voluminosos más profundos, a la vez que se interroga de manera selectiva o preferencial el epitelio asociado con el inicio y la progresión neoplásicos. Las líneas de emisión atómica de las lámparas de calibración espectral de mercurio-argón (HG-1 y AR-1, comercializadas por Ocean Optics, Inc., Dunedin, FL) se utilizaron para la calibración de la longitud de onda. Todos los espectros calibrados en longitud de onda se corrigieron para la dependencia de la longitud de onda del sistema utilizando una lámpara de calibración de tungsteno (RS-10, EG&G, comercializados por Gamma Scientific, San Diego, CA). El sistema 200 endoscópico Raman de fibra óptica de FP/HW completo se puede controlar mediante un pedal y un marco de software intuitivo configurado para proporcionar una retroalimentación (por ejemplo, retroalimentación probabilística auditiva y/o visual) al gastroenterólogo en tiempo real.Yet another clinical example used an embodiment according to the present invention in which a simultaneous fiber optic Raman endoscopic technique of FP and HW was used for the in vivo detection of precancerous gastric intestinal metaplasia (MI) lesions during endoscopic examinations. In this example, the Raman spectroscopy system 200 included a near-infrared (NIR) diode laser (Aex = 785 nm) (maximum output: 300 mW, B&W TEK Inc.), a high-performance reflective imaging spectrograph. (Acton LS-785 f / 2, Princeton Instruments Inc.) equipped with an 830 gr / mm gold grid and a thermoelectrically cooled, NIR-optimized charge-coupled device (CCD) camera (PIXIS: 400BR-eXcelon, Princeton Instruments Inc.). System 200 obtained Raman tissue in vivo in the spectral range between 400 and 3600 cm-1 with a resolution of ~ 9 cm-1. A 1.9 m long 108 Raman fiber optic probe with an outer diameter of 1.8 mm for the delivery of laser light and the collection of Raman signals from epithelial tissue in vivo. The endoscopic Raman probe 108 designed for endoscopy includes 18 x 200 µm beveled collecting fibers (NA = 0.22) surrounding a central light delivery fiber (200 µm diameter, Na = 0.22). A 1.0 mm sapphire ball lens (NA = 1.78) is attached to the tip of the probe fiber to narrowly focus the excitation light onto the surface of gastric tissue, allowing effective collection of the Raman spectrum of the epithelial lining. The depth selective capability of the 200 Raman fiber optic spectroscopy system ensures shallow tissue interrogation (<200 pm) with microscopic probing volume (<0.02 mm2), thereby reducing interference and dilution of the signal from deeper voluminous tissues, while the epithelium associated with neoplastic onset and progression is selectively or preferentially interrogated. Atomic emission lines from mercury-argon spectral calibration lamps (HG-1 and AR-1, available from Ocean Optics, Inc., Dunedin, FL) were used for wavelength calibration. All calibrated wavelength spectra were corrected for system wavelength dependence using a tungsten calibration lamp (RS-10, EG&G, available from Gamma Scientific, San Diego, CA). The complete FP / HW Endoscopic Fiber Optic Raman System 200 can be controlled by a foot pedal and an intuitive software framework configured to provide feedback (eg, auditory and / or visual probabilistic feedback) to the gastroenterologist in real time.

Los espectros sin procesar fueron preprocesados mediante un filtro de suavizado Savitzky-Golay de tercer orden (un ancho de ventana de 3 píxeles) para eliminar ruido espectral. En la zona FP (entre 800 y 1800 cm-1), se encontró que un polinomio de quinto orden era óptimo para ajustar el fondo de AF en el espectro suavizado por ruido y, a continuación, este polinomio fue restado del espectro de FP medido para producir el espectro Raman de tejido de FP solamente. En el rango HW (entre 2800 y 3600 cm-1), se utilizó un ajuste polinomial de primer orden para eliminar el fondo de AF. Los espectros Raman de fP/HW fueron normalizados sobre el área integrada bajo los rangos de FP y HW, para permitir una mejor comparación de las formas espectrales y las intensidades relativas de la banda Raman entre tejido gástrico normal y MI. Todos los datos espectrales sin procesar fueron procesados en línea mediante un software desarrollado en el entorno de Matlab (Mathworks Inc., Natick, MA). Se implementó análisis de componentes principales (PCA) y análisis discriminante lineal (LDA) para desarrollar algoritmos de diagnóstico robustos para la diferenciación entre tejidos gástricos normales y de iM. Se utilizó validación cruzada dejando un sitio de tejido fuera, para evaluar los modelos de diagnóstico desarrollados de manera imparcial. Se obtuvieron múltiples espectros Raman (ente 10 y 15) de cada sitio de tejido en 1 segundo, y se aplicó la estrategia de votación por mayoría para la clasificación final. Los resultados del diagnóstico se podían visualizar en un dispositivo de visualización tal como una pantalla de ordenador en tiempo real. También se generaron curvas de características operativas del receptor (ROC) cambiando sucesivamente los umbrales para determinar clasificaciones correctas e incorrectas para todos los tejidos. Todo el preprocesamiento de espectros y el análisis estadístico multivariante se realizaron en línea utilizando secuencias de comandos escritas en el entorno de programación Matlab.The raw spectra were preprocessed using a third order Savitzky-Golay smoothing filter (a 3 pixel window width) to remove spectral noise. In the FP zone (between 800 and 1800 cm-1), a fifth order polynomial was found to be optimal to fit the AF background in the noise-smoothed spectrum, and then this polynomial was subtracted from the measured FP spectrum. to produce the Raman spectrum of FP tissue only. In the HW range (between 2800 and 3600 cm-1), a first-order polynomial fit was used to remove the AF background. The Raman spectra of f P / HW were normalized over the integrated area under the FP and HW ranges, to allow a better comparison of the spectral shapes and the relative intensities of the Raman band between normal gastric tissue and MI. All raw spectral data were processed online using software developed in the Matlab environment (Mathworks Inc., Natick, MA). Principal component analysis (PCA) and linear discriminant analysis (LDA) were implemented to develop robust diagnostic algorithms for the differentiation between normal and iM gastric tissues. Cross-validation, leaving a tissue site out, was used to evaluate the developed diagnostic models in an unbiased manner. Multiple Raman spectra (between 10 and 15) were obtained from each tissue site in 1 second, and the majority voting strategy was applied for the final classification. The diagnostic results could be displayed on a display device such as a computer screen in real time. Receiver operating characteristic (ROC) curves were also generated by successively changing the thresholds to determine correct and incorrect classifications for all tissues. All spectra preprocessing and multivariate statistical analysis were performed online using scripts written in the Matlab programming environment.

Se obtuvieron con éxito un total de 1412 espectros Raman in vivo (es decir, normal (n = 1083 espectros) y MI (n = 329 espectros) de 115 sitios (es decir, normal (n = 88 sitios) y MI (n = 27 sitios)) según lo confirmado por exámenes histopatológicos de consenso.A total of 1412 Raman spectra were successfully obtained in vivo (i.e. normal (n = 1083 spectra) and MI (n = 329 spectra) from 115 sites (i.e. normal (n = 88 sites) and MI (n = 27 sites)) as confirmed by consensus histopathological examinations.

La figura 22A muestra la desviación estándar (SD) promedio de espectros Raman in vivo ±1 (sombreada en gris claro) medida (es decir, normal y de MI). Se observan picos Raman de tejido prominentes con asignaciones provisionales en el rango de FP en:Figure 22A shows the mean standard deviation (SD) of in vivo Raman spectra ± 1 (shaded in light gray) measured (ie normal and MI). Prominent tissue Raman peaks with provisional assignments in the FP range are seen in:

• 875 cm-1, que está relacionado con las proteínas v(C-C),• 875 cm-1, which is related to proteins v (C-C),

• 1004 cm-1, que está relacionado con el anillo aromático vs(C-C) de la fenilalanina,• 1004 cm-1, which is related to the aromatic ring v s (CC) of phenylalanine,

• 1078 cm-1, que está relacionado con las v(C-C) de los lípidos,• 1078 cm-1, which is related to the v (C-C) of lipids,

• 1302 cm-1, que está relacionado con la torsión y agitación de CH2 de los lípidos• 1302 cm-1, which is related to the twisting and agitation of CH2 of lipids

• 1445 cm-1, que está relacionado con la deformación 8(CH2) de proteínas y lípidos, y• 1445 cm-1, which is related to strain 8 (CH2) of proteins and lipids, and

• 1655 cm-1, que está relacionado con la amida I v(C=O) de las proteínas.• 1655 cm-1, which is related to the amide I v (C = O) of proteins.

Además, también se observan picos Raman intensos en la zona de HW enIn addition, strong Raman peaks are also observed in the HW zone in

• 2885 cm-1, que está relacionado con el estiramiento simétrico y asimétrico de los CH2 de los lípidos,• 2885 cm-1, which is related to the symmetric and asymmetric stretching of lipid CH2s,

• 2940 cm-1, que está relacionado con el estiramiento de los CH3 de las proteínas,• 2940 cm-1, which is related to the stretching of CH3 in proteins,

• 3300 cm-1, que está relacionado con la amida A (estiramiento de los NH de las proteínas), y• 3300 cm-1, which is related to amide A (NH stretching of proteins), and

• la banda ancha Raman del agua (vibraciones de estiramiento de los OH que alcanzan un máximo de ~3400 cm-1) que está relacionada con la conformación local y las interacciones de las uniones OH en el espacio celular y extracelular del tejido.• the broad Raman band of water (stretching vibrations of OHs reaching a maximum of ~ 3400 cm-1) which is related to the local conformation and interactions of OH bonds in the cellular and extracellular space of the tissue.

La figura 22B muestra los espectros de diferencia (es decir, MI - normal) ±1 SD (sombreada en gris claro) que resuelven las características espectrales distintivas (por ejemplo, intensidad de pico, desplazamiento y ensanchamiento de banda) asociadas con transformación de Mi, confirmando el potencial de la espectroscopía Raman de FP/HW para el diagnóstico precoz de una MI en la endoscopía. Figure 22B shows the difference spectra (i.e., MI - normal) ± 1 SD (shaded light gray) that resolve the distinctive spectral features (e.g., peak intensity, shift, and band broadening) associated with Mi transformation. , confirming the potential of FP / HW Raman spectroscopy for the early diagnosis of MI in endoscopy.

Las figuras 23A-B muestran secciones representativas de hematoxilina y eosina (H y E) de los correspondientes sitios de tejido, utilizando endoscopía Raman, que incluye (a) mucosa gástrica normal (aumento x200); (b) metaplasia intestinal gástrica extensa, en la que el epitelio gástrico contiene células caliciformes aparentes (aumento x100). Las caracterizaciones histopatológicas revelan las características celulares y morfológicas de lesiones metaplásicas normales e intestinales en el tejido gástrico, mientras que la endoscopía Raman de FP/HW simultánea descubre los componentes bioquímicos específicos (por ejemplo, proteínas, lípidos y agua) del tejido epitelial a nivel molecular.Figures 23A-B show representative hematoxylin and eosin sections (H and E) from corresponding tissue sites, using Raman endoscopy, including (a) normal gastric mucosa (x200 magnification); (b) extensive gastric intestinal metaplasia, in which the gastric epithelium contains apparent goblet cells (x100 magnification). Histopathological characterizations reveal the cellular and morphological characteristics of normal and intestinal metaplastic lesions in gastric tissue, while simultaneous FP / HW Raman endoscopy uncovers specific biochemical components (e.g., proteins, lipids, and water) of epithelial tissue at the level molecular.

Para desarrollar sofisticados algoritmos de diagnóstico multivariante y comparar el rendimiento del diagnóstico de tejidos entre las tres técnicas Raman diferentes (es decir, FP, HW y FP/HW integrada), se implementó PCA-LDA junto con la prueba t de Student en los espectros Raman de tejido in vivo obtenidos, para evaluar las diferencias elusivas observadas en los espectros de diferentes tipos de tejidos. Los algoritmos de diagnóstico de PCA-LDA con validación cruzada dejando un sitio de tejido fuera se desarrollaron más basándose en PC significativos de diagnóstico (p < 0,01), tal como se muestra en la figura 24, que representan el 45,6 % (PC1), el 33,6 % (PC2), el 4,2 % (PC3), el 3,1 % (PC4) y el 1,2 % (PC5) de variaciones espectrales Raman, respectivamente. Las características de diferentes PC significativos son distintas; en concreto, algunas características de PC, tales como los picos, valles y formas espectrales de la figura 24, son similares a las de los patrones espectrales Raman de tejido. El primer PC significativo representa la mayor variación dentro de los conjuntos de datos espectrales (es decir, el 45,6 %), mientras que los PC sucesivos describen características que contribuyen a variaciones progresivamente menores. A continuación, los cinco PC de importancia diagnóstica son introducidos en el modelo de LDA, junto con una técnica de validación cruzada dejando un sitio de tejido fuera, para el diagnóstico y la clasificación del tejido gástrico.To develop sophisticated multivariate diagnostic algorithms and compare the tissue diagnostic performance between the three different Raman techniques (i.e. FP, HW, and integrated FP / HW), PCA-LDA was implemented in conjunction with Student's t-test on spectra. Raman tissue in vivo obtained, to evaluate the elusive differences observed in the spectra of different types of tissues. The PCA-LDA diagnostic algorithms with cross-validation leaving a tissue site out were further developed based on significant diagnostic PCs (p <0.01), as shown in Figure 24, representing 45.6% (PC1), 33.6% (PC2), 4.2% (PC3), 3.1% (PC4) and 1.2% (PC5) of Raman spectral variations, respectively. The characteristics of different significant PCs are different; in particular, some PC characteristics, such as the peaks, valleys, and spectral shapes in Figure 24, are similar to those of tissue Raman spectral patterns. The first significant PC represents the largest variation within the spectral data sets (ie, 45.6%), while successive PCs describe characteristics that contribute to progressively smaller variations. The five PCs of diagnostic significance are then entered into the LDA model, along with a cross-validation technique leaving a tissue site out, for diagnosis and classification of gastric tissue.

La figura 25 muestra resultados de la clasificación de validación cruzada (probabilidades a posteriori) entre patologías normales y de MI mediante modelado del algoritmo de PCA-LDA calculado para la técnica Raman (a) FP, (b) HW y (c) FP/HW integrada o simultánea, respectivamente. Las líneas umbral (0,5) aplicadas a los gráficos de dispersión de probabilidad a posteriori conducen a precisiones de diagnóstico del 89,6 % (103/115), el 78,3 % (90/115) y el 91,3 % (105/115) (sensibilidades del 96,3 % (26/27), del 77,8 % (21/27), del 92,6 % (25/27), y especificidades del 87,5 % (77/88), el 78,4 % (69/88), el 90,9 % (80/88)), respectivamente, para las técnicas espectroscópicas Raman FP, HW y FP/HW integradas. Los resultados demuestran que la espectroscopía Raman de FP/HW integrada funciona mejor para el diagnóstico de una MI gástrica en comparación con la técnica solo de FP o la técnica solo de HW.Figure 25 shows results of the cross-validation classification (posterior probabilities) between normal and MI pathologies by modeling the PCA-LDA algorithm calculated for the Raman technique (a) FP, (b) HW and (c) FP / Integrated or simultaneous HW, respectively. Threshold lines (0.5) applied to the posterior probability scatter plots lead to diagnostic accuracies of 89.6% (103/115), 78.3% (90/115), and 91.3% (105/115) (sensitivities of 96.3% (26/27), 77.8% (21/27), 92.6% (25/27), and specificities of 87.5% (77 / 88), 78.4% (69/88), 90.9% (80/88)), respectively, for the integrated FP, HW and FP / HW Raman spectroscopic techniques. Results demonstrate that integrated FP / HW Raman spectroscopy works better for the diagnosis of gastric MI compared to FP-only or HW-only technique.

La figura 26 muestra curvas de ROC generadas para las técnicas Raman de FP, HW y FP/HW integradas, revelando las relaciones entre las sensibilidades diagnósticas y las especificidades de la identificación de una MI gástrica. Las áreas de integración bajo las curvas (AUC) son 0,94, 0,79 y 0,96, respectivamente, para las técnicas Raman FP, HW y FP/HW integradas, lo que vuelve a confirmar que la técnica Raman de FP/HW integrada proporciona el mejor rendimiento diagnóstico para detección de una MI gástrica in vivo. En general, los resultados anteriores demuestran el gran potencial de la técnica espectroscópica Raman de FP/HW simultánea desarrollada para mejorar el diagnóstico precoz de lesiones precancerosas gástricas in vivo durante un examen endoscópico.Figure 26 shows ROC curves generated for the integrated FP, HW, and FP / HW Raman techniques, revealing the relationships between diagnostic sensitivities and specificities of gastric MI identification. The areas of integration under the curves (AUC) are 0.94, 0.79, and 0.96, respectively, for the integrated FP, HW and FP / HW Raman techniques, again confirming that the FP / Integrated HW provides the best diagnostic performance for detection of gastric MI in vivo. Overall, the above results demonstrate the great potential of the simultaneous FP / HW Raman spectroscopic technique developed to improve the early diagnosis of gastric precancerous lesions in vivo during endoscopic examination.

La figura 27 muestra una realización adicional de espectros Raman medidos en la cavidad bucal en el rango solo de FP. Cabe señalar que existe una variabilidad interanatómica prominente entre diferentes sitios de tejido en la cavidad oral (por ejemplo, mucosa bucal y masticatoria). En esta realización, las zonas de gran variación interanatómica, tales como 956 cm-1 de hidroxiapatita y 1302 cm-1 y 1445 cm-1 de lípidos, se excluyen utilizando el procedimiento de selección de intervalos. Por lo tanto, se pueden utilizar técnicas de selección de variables/características para reducir el efecto de la variabilidad interanatómica en algoritmos de diagnóstico, al excluir zonas espectrales con gran variación. Este es un punto importante y tendrá aplicaciones en otros órganos, incluida la piel, la cavidad bucal, etc.Figure 27 shows a further embodiment of Raman spectra measured in the oral cavity in the FP only range. It should be noted that there is prominent interanatomic variability between different tissue sites in the oral cavity (eg, buccal and masticatory mucosa). In this embodiment, areas of large interanatomic variation, such as 956 cm-1 of hydroxyapatite and 1302 cm-1 and 1445 cm-1 of lipids, are excluded using the interval selection procedure. Therefore, variable / feature selection techniques can be used to reduce the effect of interanatomic variability in diagnostic algorithms by excluding spectral areas with large variation. This is an important point and will have applications in other organs, including the skin, the oral cavity, etc.

La figura 28 muestra un ejemplo de cómo se puede aplicar la predicción prospectivamente en tiempo real a nuevos espectros después de la implementación de un modelo de diagnóstico probabilístico basado en distintas subzonas espectrales.Figure 28 shows an example of how prediction can be applied prospectively in real time to new spectra after implementation of a probabilistic diagnostic model based on different spectral subzones.

Esto incluye varias etapas, que incluyen calibración de resta de fondo de fibra, truncamiento a los intervalos espectrales, preprocesamiento y, finalmente, aplicación del predictor para la clasificación de enfermedades.This includes several steps, including fiber background subtraction calibration, truncation to spectral ranges, pre-processing, and finally, application of the predictor for disease classification.

Esta realización tiene varias ventajas importantes sobre la técnica anterior: en lugar de utilizar todo el espectro de banda ancha para el diagnóstico, esta técnica o procedimiento solo utiliza un subconjunto (por ejemplo, entre el 5 y el 20 %) de la información complementaria, simplificando en gran medida el modelo de diagnóstico. En segundo lugar, la selección de variables proporciona conocimientos cualitativos sobre la base bioquímica y biomolecular de la enfermedad. En tercer lugar, la precisión aumenta significativamente en comparación con el análisis espectral basado en todo el rango espectral. Además, si ciertos rangos espectrales tienen interferencias o factores de confusión (por ejemplo, sangre), etc., el efecto de estos se puede reducir de manera eficiente.This embodiment has several important advantages over the prior art: instead of using the entire broadband spectrum for diagnosis, this technique or procedure only uses a subset (for example, between 5 and 20%) of the supplementary information, greatly simplifying the diagnostic model. Second, the selection of variables provides qualitative insights into the biochemical and biomolecular basis of the disease. Third, the precision is significantly increased compared to spectral analysis based on the entire spectral range. Also, if certain spectral ranges have interferences or confounders (eg blood), etc., the effect of these can be efficiently reduced.

En un ejemplo, un paciente programado para un cribado endoscópico de síntomas sospechosos de reflujo esofágico es sometido a lo siguiente: In one example, a patient scheduled for endoscopic screening for suspected esophageal reflux symptoms is subjected to the following:

• Se lleva a cabo formación de imágenes endoscópicas WLR/NBI/AFI convencional en el esófago distal, que muestran una apariencia no concluyente de grandes segmentos de Barrett sospechosos de precáncer (es decir, displasia).• Conventional WLR / NBI / AFI endoscopic imaging is performed in the distal esophagus, showing an inconclusive appearance of large Barrett's segments suspected of precancer (ie, dysplasia).

• Posteriormente, se aplica la técnica de endoscopio Raman confocal de banda ancha para dirigir objetivamente las biopsias a los segmentos de tejido sospechosos.• Subsequently, the broadband confocal Raman endoscope technique is applied to objectively direct the biopsies to the suspicious tissue segments.

• La clasificación de Raman confocal se define en “normal” (ausencia de patología o gastritis), “bajo riesgo” (metaplasia intestinal) y “alto riesgo” (displasia/cáncer).• The confocal Raman classification is defined as “normal” (absence of pathology or gastritis), “low risk” (intestinal metaplasia) and “high risk” (dysplasia / cancer).

• La sonda Raman confocal es colocada contra el tejido en el esófago distal y el diagnóstico se da en tiempo real, en base a información complementaria extraída de la zona de FP y HW.• The confocal Raman probe is placed against the tissue in the distal esophagus and the diagnosis is given in real time, based on complementary information extracted from the FP and HW area.

• La técnica de endoscopio Raman confocal es enfocada a sitios de tejido de alto riesgo en los que a continuación, se realiza una biopsia.• The confocal Raman endoscope technique is focused on high-risk tissue sites that are then biopsied.

Las realizaciones según la presente invención demuestran que la espectroscopía Raman confocal de fibra óptica de huella (FP) y de alto número de onda (HW) simultánea en tiempo real se puede realizar durante el cribado de pacientes in vivo. La espectroscopía Raman confocal de fibra óptica descubre los cambios biomoleculares y bioquímicos, tales como las proteínas, ADN, lípidos y agua que se encuentran en el epitelio durante la carcinogénesis colorrectal. La utilización de información biomolecular complementaria del rango de FP y HW mejora la detección de crecimientos anómalos en comparación con la utilización de los rangos solo de FP o de HW. La técnica de espectroscopía Raman confocal de fibra óptica de FP y HW tiene un gran potencial para mejorar la detección y caracterización del cáncer y del precáncer. La utilización de un subconjunto de la totalidad del espectro tiene una ventaja notable en el procesamiento y en la identificación de crecimientos anómalos en muchas partes diferentes del cuerpo. Se ha identificado especialmente que los rangos de FP y HW producen buenos resultados para los tipos de detección explicados en el presente documento. Se apreciará que, para otros tipos de detección, otros rangos pueden resultar más útiles.Embodiments according to the present invention demonstrate that simultaneous real-time high wave number (HW) and fingerprint (FP) confocal fiber optic Raman spectroscopy can be performed during in vivo patient screening. Fiberoptic confocal Raman spectroscopy discovers biomolecular and biochemical changes, such as proteins, DNA, lipids, and water found in the epithelium during colorectal carcinogenesis. The use of complementary biomolecular information from the FP and HW range improves the detection of anomalous growths compared to the use of the FP or HW only ranges. The FP and HW fiber optic confocal Raman spectroscopy technique has great potential to improve the detection and characterization of cancer and precancer. Using a subset of the entire spectrum has a remarkable advantage in processing and identifying abnormal growths in many different parts of the body. The FP and HW ranges have been especially identified to produce good results for the types of detection discussed herein. It will be appreciated that, for other types of detection, other ranges may be more useful.

Las realizaciones según la presente invención no están limitadas a la espectroscopía Raman biomédica, sino que también pueden tener aplicación en otras áreas. Estas incluyen, por ejemplo, espectroscopía de fluorescencia, espectroscopía de dispersión elástica, espectroscopía Raman mejorada superficial, tecnología analítica de procesos, monitorización del agua y del medioambiente, control de procesos farmacéuticos/suministro de medicamentos, industria alimentaria, industria del control de calidad, medicina forense, etc. En dichas realizaciones, la energía de excitación proporcionada por una fuente de iluminación se dirige a una muestra objetivo (por ejemplo, una muestra de un producto químico, agua o material/sustancia medioambiental, una muestra farmacéutica/de fármaco o de alimento, u otro tipo de muestra), que no necesitan incluir un tejido ni ser un tejido. Además, dichas realizaciones no necesitan implicar un endoscopio o una endoscopía. La referencia al término Raman en el presente documento pretende incluir otros tipos de espectroscopía, incluidos los mencionados anteriormente.Embodiments according to the present invention are not limited to biomedical Raman spectroscopy, but may also have application in other areas. These include, for example, fluorescence spectroscopy, elastic scattering spectroscopy, surface enhanced Raman spectroscopy, process analytical technology, water and environmental monitoring, pharmaceutical process control / drug supply, food industry, quality control industry, forensic medicine, etc. In such embodiments, the excitation energy provided by an illumination source is directed at a target sample (eg, a sample of a chemical, water or environmental material / substance, a pharmaceutical / drug or food sample, or other sample type), which need not include a fabric or be a fabric. Furthermore, such embodiments need not involve an endoscope or endoscopy. Reference to the term Raman herein is intended to include other types of spectroscopy, including those mentioned above.

Las realizaciones según la presente invención pueden servir como una plataforma de diagnóstico para cualesquiera órganos, tales como el pulmón, GI superior e inferior (por ejemplo, esófago, estómago, colon y recto), hígado, vejiga, cabeza y cuello (por ejemplo, nasofaringe, laringe, cavidad oral), cuello uterino, piel, hueso o cualquier otro lugar donde se pueda utilizar un endoscopio, laparoscopio o artroscopio convencional.Embodiments according to the present invention can serve as a diagnostic platform for any organs, such as the lung, upper and lower GI (eg, esophagus, stomach, colon and rectum), liver, bladder, head and neck (eg, nasopharynx, larynx, oral cavity), cervix, skin, bone, or any other place where a conventional endoscope, laparoscope, or arthroscope can be used.

Algunos de los espectros Raman de tejido obtenidos utilizando ciertas realizaciones según la presente invención pueden sufrir interferencias de iluminación del endoscopio. Esto puede dificultar el diagnóstico de crecimientos anómalos. Como resultado, una realización adicional ofrece una solución para eliminar dichas interferencias.Some of the Raman spectra of tissue obtained using certain embodiments in accordance with the present invention may suffer from endoscope illumination interference. This can make it difficult to diagnose abnormal growths. As a result, a further embodiment offers a solution to eliminate such interferences.

Un sistema de formación de imágenes trimodales endoscópicas, según una realización de la presente invención, utilizado para guiar la sonda de fibra Raman confocal tal como se ha descrito anteriormente, incluye una fuente de luz de xenón de arco corto de 300 W, un endoscopio gastrointestinal (GI) y un procesador de señal de video. La fuente de luz de xenón se acopla con diferentes conjuntos de filtros para proporcionar una o varias luces de iluminación diferentes para la formación de imágenes endoscópicas trimodales en tándem (no mostrado). Los filtros pueden incluir, por ejemplo: WLR (filtro rojo, entre 585 y 655nm; filtro verde, entre 500 y 575nm; filtro azul, entre 390 y 495nm), AFI (filtro azul, entre 390 y 470nm; filtro verde, entre 540 y 560nm para la normalización de imagen reflectante) y NBI (filtro verde, entre 530 y 550nm; filtro azul, entre 390 y 445nm).An endoscopic trimodal imaging system, according to an embodiment of the present invention, used to guide the confocal Raman fiber probe as described above, includes a 300 W short arc xenon light source, a gastrointestinal endoscope (GI) and a video signal processor. The xenon light source is coupled with different sets of filters to provide one or more different illumination lights for tandem trimodal endoscopic imaging (not shown). Filters can include, for example: WLR (red filter, between 585 and 655nm; green filter, between 500 and 575nm; blue filter, between 390 and 495nm), AFI (blue filter, between 390 and 470nm; green filter, between 540 and 560nm for reflective image normalization) and NBI (green filter, between 530 and 550nm; blue filter, between 390 and 445nm).

La luz reflejada o la fluorescencia emitida desde el tejido se detecta utilizando dos CCD diferentes montados en la punta distal del endoscopio GI (no mostrados): uno es un CCD convencional para WLR/NBI, y otro, un CCD de alta sensibilidad para la observación de AFI. La lámpara de xenón de arco corto del endoscopio emite luz continua de banda ancha que cubre los rayos UV/VIS/NIR con picos discretos prominentes en el rango espectral NIR > 700 nm. Puesto que la espectroscopía Stokes Raman de excitación del láser de 785 nm también cae en el rango de NIR, la luz ambiental de xenón puede interferir con la señal Raman del tejido y oscurecer completamente las mediciones y el diagnóstico de tejidos in vivo. Por esta razón, el diagnóstico endoscópico Raman se realiza convencionalmente con luz de iluminación de xenón apagada o atenuada, lo que es muy indeseable en entornos clínicos. Reflected light or fluorescence emitted from the tissue is detected using two different CCDs mounted on the distal tip of the GI endoscope (not shown): one is a conventional CCD for WLR / NBI, and the other is a high sensitivity CCD for observation. by AFI. The endoscope's short arc xenon lamp emits continuous broadband light that covers UV / VIS / NIR rays with prominent discrete peaks in the NIR spectral range> 700 nm. Since the 785nm laser excitation Stokes Raman spectroscopy also falls into the NIR range, ambient xenon light can interfere with the tissue Raman signal and completely obscure in vivo tissue measurements and diagnostics. For this reason, endoscopic Raman diagnosis is conventionally performed with xenon illumination light turned off or dimmed, which is highly undesirable in clinical settings.

Para eliminar la interferencia de iluminaciones ambientales de xenón, se propone una realización en la que la integración de un filtro de paso bajo de espejo caliente (corte en ~700 nm, transmisión promedio del ~95 % en rango visible) frente a la fuente de luz de xenón en el sistema de endoscopio, permite la eliminación de interferencias ambientales.To eliminate interference from ambient xenon illuminations, an embodiment is proposed in which the integration of a hot mirror low-pass filter (cutoff at ~ 700nm, average transmission ~ 95% in visible range) in front of the source of Xenon light in the endoscope system, allows the elimination of environmental interference.

Para demostrar la aplicación de esta realización, se miden espectros Raman in vivo en diferentes condiciones de iluminación endoscópica. La figura 29A muestra el espectro Raman de tejido sin contacto, obtenido durante endoscopía sin el espejo caliente integrado. Se pueden discernir interferencias importantes de la luz de xenón que sobrepasan completamente la señal Raman del tejido. La figura 29B muestra el espectro Raman de tejido en modo sin contacto después de la integración de un filtro de paso bajo de espejo caliente frente a la lámpara de xenón. Tal como se puede ver, las interferencias de xenón se eliminan sustancialmente. Ahora se pueden observar picos Raman de tejido de alta resolución con asignaciones moleculares provisionales como sigue:To demonstrate the application of this embodiment, Raman spectra are measured in vivo under different endoscopic lighting conditions. Figure 29A shows the Raman spectrum of non-contact tissue, obtained during endoscopy without the integrated hot mirror. Significant interferences from the xenon light can be discerned that completely bypass the Raman signal of the tissue. Figure 29B shows the Raman spectrum of tissue in non-contact mode after integration of a hot mirror low pass filter against the xenon lamp. As can be seen, xenon interferences are substantially eliminated. High resolution tissue Raman peaks can now be observed with tentative molecular assignments as follows:

• 853 cm-1, que está relacionado con las proteínas v(C-C),• 853 cm-1, which is related to proteins v (C-C),

• 1004 cm-1, que está relacionado con el anillo aromático vs(C-C) de la fenilalanina,• 1004 cm-1, which is related to the aromatic ring vs (C-C) of phenylalanine,

• 1078 cm-1, que está relacionado con las v(C-C) de los lípidos,• 1078 cm-1, which is related to the v (C-C) of lipids,

• 1265 cm-1, que está relacionado con la amida III v(C-N) y ó(N-H) de las proteínas,• 1265 cm-1, which is related to amide III v (C-N) and or (N-H) of proteins,

• 1302 cm-1, que está relacionado con la torsión y la agitación de los CH3CH2 de las proteínas,• 1302 cm-1, which is related to the twisting and agitation of CH3CH2 in proteins,

• 1445 cm-1, que está relacionado con la deformación de los 5(CH2) de proteínas y lípidos,• 1445 cm-1, which is related to the deformation of the 5 (CH2) of proteins and lipids,

• 1655 cm-1, que está relacionado con la amida I v(C=O) de las proteínas, y• 1655 cm-1, which is related to the amide I v (C = O) of proteins, and

• 1745 cm-1, que está relacionado con los v(C=O) de los lípidos.• 1745 cm-1, which is related to the v (C = O) of lipids.

Los espectros Raman se midieron con la sonda en contacto con el tejido. La figura 30A muestra el espectro Raman de tejido medido en modo de contacto en ausencia del espejo caliente. La figura 30B muestra el espectro Raman de tejido en modo de contacto después de la integración de un filtro de paso bajo de espejo caliente frente a la lámpara de xenón. En general, estos resultados muestran que la integración del espejo caliente puede eliminar por completo las interferencias ambientales del xenón de los espectros Raman del tejido in vivo tanto en modo sin contacto como en modo de contacto de la sonda Raman confocal. Además, es evidente por las figuras que la interferencia del xenón es más prominente en el modo sin contacto de la sonda Raman con el tejido, ya que se acopla más luz al cabezal de la sonda. Por lo tanto, esta realización es de particular valor en órganos tales como laringe/bronquios, donde se prefiere el modo sin contacto debido a la estimulación del reflejo de la tos, o en pacientes con tumores avanzados donde el contacto de la sonda Raman con tejido puede inducir sangrado y riesgo de diseminación de células cancerígenas.Raman spectra were measured with the probe in contact with the tissue. Figure 30A shows the Raman spectrum of tissue measured in contact mode in the absence of the hot mirror. Figure 30B shows the Raman spectrum of tissue in contact mode after integration of a hot mirror low pass filter against the xenon lamp. Overall, these results show that hot mirror integration can completely remove xenon environmental interferences from tissue Raman spectra in vivo in both non-contact mode and confocal Raman probe contact mode. Furthermore, it is evident from the figures that the xenon interference is more prominent in the non-contact mode of the Raman probe with the tissue, as more light is coupled to the probe head. Therefore, this embodiment is of particular value in organs such as the larynx / bronchi, where the non-contact mode is preferred due to stimulation of the cough reflex, or in patients with advanced tumors where contact of the Raman probe with tissue it can induce bleeding and risk of cancer cell spread.

Cabe señalar que el filtrado de la luz de iluminación como guía utilizando un espejo caliente no está limitado a la aplicación endoscópica, sino que es más general, para filtrar cualquier luz o modalidad de formación de imágenes utilizada para guiar la espectroscopía de tejido de NIR (es decir, Espectroscopía Raman mejorada en superficie (SERS, Surface Enhanced Raman Spectroscopy), fluorescencia NIR o reflectancia NIR) para órganos internos o externos (por ejemplo, piel, cuello uterino, vejiga, estómago, esófago, nasofaringe, laringe, cavidad oral, colon, recto, pulmón, etc.).It should be noted that filtering the illumination light as a guide using a hot mirror is not limited to endoscopic application, but is more general, to filter any light or imaging modality used to guide NIR tissue spectroscopy ( i.e. Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS), NIR fluorescence or NIR reflectance) for internal or external organs (e.g. skin, cervix, bladder, stomach, esophagus, nasopharynx, larynx, oral cavity, colon, rectum, lung, etc.).

Por lo tanto, el concepto se ha generalizado en la figura 31, que muestra un sistema 2100. El sistema 2100 incluye una sonda 2102, que puede ser puesta en contacto con un tejido 2104. El sistema incluye, además, un láser de NIR 2106, un espectrógrafo 2108 y un CCD 2110. Un filtro de paso largo de borde 2112 está situado entre la sonda y el espectrógrafo y un filtro de paso banda 2114 está situado entre la sonda y el láser. Se utiliza un PC 2116 y el software asociado para controlar el sistema. El tejido también está iluminado por una fuente de iluminación 2118 a través de un filtro de paso bajo de espejo caliente 2120. Se apreciará que este sistema puede variar en términos de los elementos que componen el sistema y la orientación y posición de dichos elementos, dependiendo de la aplicación precisa para la que se utilice esta realización.Therefore, the concept has been generalized in Figure 31, which shows a 2100 system. The 2100 system includes a 2102 probe, which can be brought into contact with a 2104 tissue. The system further includes a 2106 NIR laser , a spectrograph 2108 and a CCD 2110. An edge long pass filter 2112 is located between the probe and the spectrograph and a band pass filter 2114 is located between the probe and the laser. A 2116 PC and associated software are used to control the system. The tissue is also illuminated by a light source 2118 through a hot mirror low-pass filter 2120. It will be appreciated that this system can vary in terms of the elements that make up the system and the orientation and position of said elements, depending of the precise application for which this embodiment is used.

Se sabe que la estandarización de los instrumentos se ha quedado muy por detrás del ritmo de los avances en la espectroscopía Raman clínica. Debido a que la espectroscopía Raman de tejidos se basa en picos inherentemente débiles y de alta resolución, la tecnología es muy sensible a los cambios instrumentales. Por lo tanto, es imperativo desarrollar y emplear técnicas para probar/calibrar y estandarizar la instrumentación de endoscopía Raman antes de las mediciones clínicas en pacientes humanos, para garantizar que el diagnóstico in vivo es fiable y coherente entre diferentes sistemas Raman.Instrument standardization is known to lag far behind the pace of advances in clinical Raman spectroscopy. Because tissue Raman spectroscopy relies on inherently weak, high-resolution peaks, the technology is very sensitive to instrumental changes. Therefore, it is imperative to develop and employ techniques to test / calibrate and standardize Raman endoscopy instrumentation prior to clinical measurements in human patients, to ensure that in vivo diagnosis is reliable and consistent between different Raman systems.

La figura 32 muestra el principio básico de la prueba del endoscopio Raman antes de la aplicación en pacientes, que comprende (i) puesta en marcha del sistema, (ii) prueba del sistema de endoscopía Raman (iii) aplicación del endoscopio Raman en pacientes. Se propone un nuevo aparato y técnica o procedimiento para probar el sistema y calibrar un endoscopio Raman de fibra óptica. Esto incluye un dispositivo opto-mecánico y un conjunto de rutinas de instrucciones de programa implementadas en el software Raman para la prueba y calibración automáticas del sistema en aplicaciones de diagnóstico Raman de fibra óptica. El dispositivo de calibración consiste en fuentes de radiación de calibración espectral (por ejemplo, lámparas de mercurio y argón, emisores de espectros de NIR, luz láser, etc.), una fuente de radiación de intensidad de luz, un medidor de potencia láser, un fantoma de tejido, junto con piezas opto-mecánicas automatizadas (por ejemplo, un motor paso a paso) y controladores para la estandarización del sistema de endoscopía Raman. El dispositivo de calibración es una parte integral de la plataforma clínica de endoscopía Raman, pero también se puede utilizar como dispositivo independiente, para pruebas generales y calibración de fibra óptica que comprende una rueda 2302 de filtros accionada por un motor paso a paso, tal como el FW102C, Thorlabs Inc. Newton, NJ, EE., que tiene diferentes muestras 2304 integradas en el mismo. La sonda 2306 Raman de fibra óptica flexible se puede montar en el dispositivo de calibración tal como se muestra esquemáticamente en la figura 33.Figure 32 shows the basic principle of the Raman endoscope test before the application in patients, which comprises (i) start-up of the system, (ii) test of the Raman endoscopy system (iii) application of the Raman endoscope in patients. A new apparatus and technique or procedure is proposed to test the system and calibrate a fiber optic Raman endoscope. This includes an opto-mechanical device and a set of program instruction routines implemented in Raman software for automatic system testing and calibration in fiber optic Raman diagnostic applications. The calibration device consists of spectral calibration radiation sources (for example, mercury and argon lamps, NIR spectral emitters, laser light, etc.), a light intensity radiation source, a laser power meter, a fabric phantom, together with automated opto-mechanical parts (eg a stepper motor) and controllers for standardization of the Raman endoscopy system. The calibration device is an integral part of the clinical Raman endoscopy platform, but can also be used as a standalone device, for general testing and fiber optic calibration comprising a 2302 filter wheel driven by a stepper motor, such as the FW102C, Thorlabs Inc. Newton, NJ, USA, which has different 2304 samples embedded in it. The flexible fiber optic 2306 Raman probe can be mounted to the calibration fixture as shown schematically in Figure 33.

La rotación de la rueda de filtros ha sido sincronizada con la excitación y obtención del láser en el software clínico Raman. Se obtienen espectros de cada muestra en la rueda de filtros y se almacenan. Las etapas realizadas en las rutinas de calibración/prueba comprenden la medición de las características del CCD (es decir, temperatura, corriente de oscuridad), potencia de excitación del láser y fondo de fibra de sílice fundida, un material fluorescente para la calibración/prueba de la respuesta del sistema, un material para la calibración/prueba de la longitud de onda y, finalmente, un fantoma de tejido. Las señales medidas se pueden utilizar para recalibrar los parámetros (por ejemplo, respuesta de intensidad, precisión de longitud de onda, ruido de fondo, etc.) del sistema de endoscopio Raman.The rotation of the filter wheel has been synchronized with the excitation and acquisition of the laser in the clinical Raman software. Spectra are obtained from each sample on the filter wheel and stored. Steps performed in calibration / test routines comprise measurement of CCD characteristics (i.e. temperature, dark current), laser excitation power, and fused silica fiber background, a fluorescent material for calibration / testing response of the system, a material for wavelength calibration / test, and finally a tissue phantom. The measured signals can be used to recalibrate the parameters (eg, intensity response, wavelength accuracy, background noise, etc.) of the Raman endoscope system.

A continuación, se describirán las rutinas y las muestras estándar que se han integrado en la rueda de filtros del dispositivo de calibración, junto con ejemplos de las señales obtenidas. La figura 34 muestra el procedimiento (2400) para probar el endoscopio Raman antes de su utilización en pacientes que utilizan el dispositivo de calibración. El análisis de señales (es decir, detección de fallos o calibración) se puede realizar después de cada medición o después de que se hayan completado todas las mediciones (tal como se muestra en este ejemplo específico). En un primer caso, se mide una señal de detector del CCD y se registra (2402) la temperatura. Esto puede incluir medir múltiples espectros (es decir, a un tiempo de exposición de entre 0 y 1 segundos) de la intensidad de la señal en ausencia de excitación del láser. Posteriormente, el sistema verifica que la corriente de oscuridad sea menor que un valor máximo que se almacenó anteriormente en un archivo de configuración de fábrica. Esta realización incluye, además, garantizar que el coeficiente de variación de la corriente de oscuridad, sobre una serie de espectros, es menor que un valor máximo que también se almacenó anteriormente en el archivo de configuración.The routines and standard samples that have been integrated into the filter wheel of the calibration device will now be described, along with examples of the signals obtained. Figure 34 shows the procedure (2400) for testing the Raman endoscope prior to use on patients using the calibration device. Signal analysis (i.e. fault detection or calibration) can be performed after each measurement or after all measurements have been completed (as shown in this specific example). In a first case, a detector signal from the CCD is measured and the temperature is recorded (2402). This may include measuring multiple spectra (ie, at an exposure time between 0 and 1 seconds) of the signal intensity in the absence of laser excitation. Subsequently, the system verifies that the darkness current is less than a maximum value that was previously stored in a factory configuration file. This embodiment further includes ensuring that the coefficient of variation of the dark current, over a series of spectra, is less than a maximum value that was also previously stored in the configuration file.

La potencia de excitación del láser en la punta de la sonda Raman de fibra óptica también se mide (2402) utilizando un medidor de potencia de láser integrado, para garantizar que esté dentro de un rango que es menor que el límite máximo permisible de exposición de la piel del Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI - American National Standards Institute) (que se establece en un rayo láser de 785 nm). Esta realización incluye garantizar que la potencia del láser sea menor que un valor máximo que se almacenó anteriormente en el archivo de configuración. La rueda de filtros contiene una ranura vacía con un entorno oscuro para que se pueda medir (2404) una señal de fondo de la sonda de fibra de sílice fundida. Se miden múltiples espectros de los fondos de la sonda de fibra con excitación láser y diferentes tiempos de exposición (por ejemplo, entre 0,1 y 1,0 s). Estos espectros contienen información acerca del estado de la sonda de fibra óptica. Por ejemplo, si la fibra está dañada o la punta de la sonda está contaminada, esto se podría reflejar en un aumento en intensidad Raman o de fluorescencia.The excitation power of the laser at the tip of the fiber optic Raman probe is also measured (2402) using an integrated laser power meter, to ensure that it is within a range that is less than the maximum allowable exposure limit of the skin of the American National Standards Institute (ANSI - American National Standards Institute) (which is set on a 785 nm laser beam). This embodiment includes ensuring that the laser power is less than a maximum value that was previously stored in the configuration file. The filter wheel contains an empty slot with a dark environment so that a background signal from the fused silica fiber probe can be measured (2404). Multiple spectra of the fiber probe bottoms are measured with laser excitation and different exposure times (eg, between 0.1 and 1.0 s). These spectra contain information about the status of the fiber optic probe. For example, if the fiber is damaged or the probe tip is contaminated, this could be reflected in an increase in Raman intensity or fluorescence.

En la figura 35 se muestra un ejemplo de señales de fondo para la sonda de endoscopía Raman de banda ancha para dos sondas de fibra óptica diferentes. Esta realización incluye, además, garantizar que el coeficiente de variación, sobre una serie de espectros, sea menor que un valor máximo que se almacenó anteriormente en el archivo de configuración. El fondo de la sonda de fibra óptica medido también se almacena en la memoria, para su procesamiento posterior (es decir, resta) de los espectros Raman de tejido in vivo durante el procesamiento en tiempo real.An example of background signals for the broadband Raman endoscopy probe for two different fiber optic probes is shown in Figure 35. This embodiment further includes ensuring that the coefficient of variation, over a series of spectra, is less than a maximum value that was previously stored in the configuration file. The measured fiber optic probe background is also stored in memory, for further processing (i.e. subtraction) from the Raman spectra of tissue in vivo during real-time processing.

Un vidrio fluorescente que presenta un amplio espectro de fluorescencia estable (por ejemplo, vidrio de borosilicato dopado con cromo, vidrio verde, kopp2412, etc.) también se mide y almacena para probar y/o calibrar eficiencia de la respuesta y de la recogida del sistema (2406) de endoscopía Raman. El vidrio de fluorescencia estándar está calibrado en fábrica previamente, utilizando una lámpara de tungsteno del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST, National Institute of Standards and Technology), según el procedimiento detallado en la figura 36. La respuesta del sistema se puede comparar con una respuesta que se almacenó anteriormente en el archivo de configuración. Esta realización incluye, además, garantizar que el coeficiente de variación, sobre una serie de espectros, sea menor que un valor máximo que se almacenó anteriormente en el archivo de configuración. El espectro de la muestra estándar de respuesta se puede utilizar para recalibrar el sistema a la calibración de fábrica. La figura 37 muestra ejemplos de funciones de calibración derivadas de un vidrio estándar fluorescente (es decir, kopp2412) utilizando 2 sondas de fibra óptica diferentes.A fluorescent glass exhibiting a broad spectrum of stable fluorescence (e.g. chromium-doped borosilicate glass, green glass, kopp2412, etc.) is also measured and stored to test and / or calibrate response and collection efficiency. Raman endoscopy system (2406). Standard fluorescence glass is pre-calibrated at the factory, using a National Institute of Standards and Technology (NIST) tungsten lamp, according to the procedure detailed in Figure 36. System response can be compared with a response that was previously stored in the config file. This embodiment further includes ensuring that the coefficient of variation, over a series of spectra, is less than a maximum value that was previously stored in the configuration file. The spectrum of the response standard sample can be used to recalibrate the system to factory calibration. Figure 37 shows examples of calibration functions derived from a standard fluorescent glass (ie kopp2412) using 2 different fiber optic probes.

También se mide (2408) un material con picos Raman estrechos bien definidos. Un ejemplo es el poliestireno, mostrado en la figura 38. El estándar de longitud de onda se utiliza para evaluar si ha habido una desviación en el eje de la longitud de onda debido a una desalineación óptica. El espectro se compara (por ejemplo, utilizando coeficientes de correlación o identificación de picos, etc.) con un espectro que se almacenó anteriormente en el archivo de configuración. Esto incluye prueba de resolución (es decir, ancho completo de la mitad del máximo (FWHM, Full Width of Half Máximum)) y verificación de las posiciones de los picos. El espectro del material con picos Raman estrechos y bien definidos también se puede utilizar para realinear el sistema a la alineación de fábrica anterior almacenada en el archivo de configuración. La recalibración comprende un mapeo polinomial (por ejemplo, de un orden entre 3 y 5) entre picos predefinidos desde el eje de longitud de onda calibrado de fábrica y picos correspondientes del espectro desalineado. En la figura 39, se muestra un ejemplo que muestra el mapeo polinomial de picos después de la recalibración.A material with well defined narrow Raman peaks is also measured (2408). An example is polystyrene, shown in Figure 38. The wavelength standard is used to assess whether there has been a deviation in the wavelength axis due to optical misalignment. The spectrum is compared (eg using correlation coefficients or peak identification, etc.) with a spectrum that was previously stored in the configuration file. This includes proof of resolution (i.e. full width of half the maximum (FWHM, Full Width of Half Maximum)) and verification of the peak positions. The spectrum of the material with narrow and well defined Raman peaks can also be used to realign the system to the previous factory alignment stored in the configuration file. Recalibration comprises polynomial mapping (eg, 3 to 5 order) between predefined peaks from the factory calibrated wavelength axis and corresponding peaks from the misaligned spectrum. An example is shown in Figure 39 showing the polynomial mapping of peaks after recalibration.

La rueda de filtros también contiene un fantoma de tejido en capas. El fantoma de tejido consiste en un material con propiedades difusas y/o fantomas de tejido en capas que presentan picos Raman bien conocidos que son medidos (2410). Esta realización incluye, además, garantizar que el coeficiente de variación, sobre una serie de espectros, sea menor que un valor máximo que se almacenó anteriormente en el archivo de configuración. En las figuras 40A-B, se proporciona un ejemplo que muestra una comparación de espectros Raman obtenidos del sándwich fantasma de dos capas de poliestireno y polietileno utilizando diferentes sondas Raman. Los espectros Raman de los fantomas de tejido en capas se utilizan para verificar la selectividad de profundidad de la sonda Raman de fibra óptica así como la calidad del espectro. La relación de la señal desde la capa superior a la inferior (por ejemplo, 1002 cm-1 y 1296 cm-1, respectivamente) se utiliza como indicador cualitativo y cuantitativo de la selectividad de profundidad para una sonda confocal de fibra óptica determinada. Esta realización incluye garantizar que la selectividad de profundidad sea menor que un valor máximo que se almacenó anteriormente en el archivo de configuración.The filter wheel also contains a layered fabric phantom. The tissue phantom consists of a material with diffuse properties and / or layered tissue phantoms exhibiting well-known Raman peaks that are measured (2410). This embodiment further includes ensuring that the coefficient of variation, over a series of spectra, is less than a maximum value that was previously stored in the configuration file. In Figures 40A-B, an example is provided showing a comparison of Raman spectra obtained from the phantom sandwich of two layers of polystyrene and polyethylene using different Raman probes. The Raman spectra of the layered tissue phantoms are used to verify the depth selectivity of the fiber optic Raman probe as well as the quality of the spectrum. The ratio of the signal from the top to the bottom layer (eg, 1002 cm-1 and 1296 cm-1, respectively) is used as a qualitative and quantitative indicator of depth selectivity for a given fiber optic confocal probe. This embodiment includes ensuring that the depth selectivity is less than a maximum value that was previously stored in the configuration file.

Una vez realizadas las diversas mediciones, se lleva a cabo (2412) el análisis de las señales. Esto es para identificar problemas tales como detección de fallos, problemas de calibración, etc. Si se detectan problemas, el sistema se define como no satisfactorio (2414). Alternativamente, el sistema se define como satisfactorio (2416) si no se encuentran problemas.After the various measurements have been made, analysis of the signals is carried out (2412). This is to identify problems such as fault detection, calibration problems, etc. If problems are detected, the system is defined as unsuccessful (2414). Alternatively, the system is defined as successful (2416) if no problems are found.

Otra realización incluye un conjunto de instrucciones de programa o marco de software integrado con, o como una GUI, que es capaz de mostrar y guardar datos Raman para cada espectro y lesión, en respuesta a la selección o selecciones/entrada o entradas del usuario, cuando se realiza el diagnóstico endoscópico Raman. Por ejemplo, si se realiza una primera selección o se presiona un primer pulsador, se guardarán los datos Raman de una primera lesión. Si se realiza una segunda selección o se presiona un segundo pulsador, se guardarán los datos Raman de una segunda lesión, etc. Dicho sistema también incluye el almacenamiento de información del paciente, tiempo de integración, potencia de excitación del láser, hora, fecha, diagnóstico, señal de fondo de la sonda, función de calibración del sistema, video de endoscopía y un archivo de registro que contiene detalles de la medición. Se puede disponer un dispositivo de pedal integrado para la interconexión y el almacenamiento de datos por el médico. Si se presiona el conmutador de pedal, los datos obtenidos se almacenarán como una primera lesión. Si se presiona una segunda vez, los datos se almacenarán como una segunda lesión, etc. El conmutador de pedal también puede contener un pedal de seguridad para encender y apagar la excitación del láser.Another embodiment includes a set of program instructions or software framework integrated with, or as a GUI, that is capable of displaying and saving Raman data for each spectrum and lesion, in response to user selection (s) / input (s), when endoscopic Raman diagnosis is made. For example, if a first selection is made or a first button is pressed, the Raman data of a first lesion will be saved. If a second selection is made or a second button is pressed, the Raman data for a second lesion etc. will be saved. This system also includes the storage of patient information, integration time, laser excitation power, time, date, diagnosis, probe background signal, system calibration function, endoscopy video and a log file containing measurement details. An integrated foot pedal device may be provided for interconnection and storage of data by the clinician. If the footswitch is pressed, the data obtained will be stored as a first lesion. If pressed a second time, the data will be stored as a second injury, etc. The footswitch may also contain a safety pedal to turn the laser drive on and off.

Otra realización incluye un conjunto de instrucciones de programa o marco de software para visualizar el diagnóstico clínico Raman junto con la formación de imágenes de vídeo de campo amplio grabada. Un sistema de formación de imágenes endoscópicas de video (es decir, WLR/NBI/AFI) y un sistema de grabación de video han sido integrados en el software del endoscopio Raman. Tanto el video endoscópico de campo amplio como el diagnóstico Raman in vivo del tejido del que se ha obtenido una imagen se pueden mostrar en un dispositivo de visualización, tal como una pantalla de ordenador. El video de la endoscopía se sincroniza en el tiempo con espectros Raman de tejido medidos. Por lo tanto, el diagnóstico espectral Raman se puede mostrar simultáneamente con la reproducción de video. Esto permite al médico hacer un seguimiento hacia atrás de la correlación precisa de cada paciente entre el diagnóstico endoscópico Raman y el sitio de tejido sospechoso muestreado. Este software de formación de imágenes y de endoscopía Raman integrado es una mejora sustancial en el sistema clínico, que permite la revisión de datos clínicos históricos.Another embodiment includes a set of software framework or program instructions for displaying clinical Raman diagnosis in conjunction with recorded wide-field video imaging. A video endoscopic imaging system (ie, WLR / NBI / AFI) and a video recording system have been integrated into the Raman endoscope software. Both wide-field endoscopic video and in vivo Raman diagnosis of the imaged tissue can be displayed on a display device, such as a computer screen. The endoscopy video is time-synchronized with measured tissue Raman spectra. Therefore, spectral Raman diagnostics can be displayed simultaneously with video playback. This allows the clinician to track backward for each patient's precise correlation between the endoscopic Raman diagnosis and the suspicious tissue site sampled. This integrated Raman endoscopy and imaging software is a substantial enhancement to the clinical system, enabling the review of historical clinical data.

El limitado rango dinámico de los CCD y las señales Raman débiles de tejido siguen siendo un reto en las aplicaciones endoscópicas Raman, dado que los tejidos in vivo presentan un grado variable de autofluorescencia. Para algunos tejidos (por ejemplo, estómago, pulmón, lengua dorsal, hígado), la saturación del detector puede ocurrir en 0,1 segundos, o incluso en menos de 0,05 segundos. Para estos tejidos, la señal Raman puede tener un ruido prominente en comparación con otros tipos de tejidos (por ejemplo, esófago, nasofaringe, laringe, cuello uterino, etc.). En general, la intensidad de la señal Raman del tejido escala linealmente con la potencia de excitación del láser y el tiempo de exposición. La relación señal/ruido (S/N, Signal to Noise) es proporcional a la raíz cuadrada del tiempo de exposición. Actualmente, el usuario ajusta manualmente el tiempo de exposición o las potencias de excitación del láser para cada espectro obtenido mediante la técnica de endoscopía Raman. Esto puede resultar muy poco práctico en aplicaciones en tiempo real. Por lo tanto, es fundamental definir procedimientos automatizados para prevenir la saturación del CCD y garantizar que el espectro Raman se obtiene con una relación de S/N óptima en tiempos que son aceptables en condiciones clínicas. Se requiere la realización de un verdadero diagnóstico en tiempo real para que la tecnología de endoscopía Raman obtenga una amplia aceptación en la medicina clínica. El nuevo procedimiento para ajustar automáticamente la potencia de excitación del láser, el tiempo de exposición y las acumulaciones de espectro para realizar un diagnóstico ininterrumpido en tiempo real durante mediciones clínicas Raman con una alta relación de S/N es invaluable en esta búsqueda. Se exponen dos técnicas o procedimientos automatizados a modo de ejemplo representativo.The limited dynamic range of CCDs and weak tissue Raman signals remain a challenge in endoscopic Raman applications, as in vivo tissues exhibit a variable degree of autofluorescence. For some tissues (eg stomach, lung, dorsal tongue, liver), detector saturation can occur in 0.1 seconds, or even less than 0.05 seconds. For these tissues, the Raman signal may have a prominent noise compared to other types of tissues (eg esophagus, nasopharynx, larynx, cervix, etc.). In general, the intensity of the tissue Raman signal scales linearly with the excitation power of the laser and the exposure time. The signal to noise ratio (S / N) is proportional to the square root of the exposure time. Currently, the user manually adjusts the exposure time or laser excitation powers for each spectrum obtained using the Raman endoscopy technique. This can be very impractical in real-time applications. Therefore, it is essential to define automated procedures to prevent CCD saturation and to ensure that the Raman spectrum is obtained with an optimal S / N ratio at times that are acceptable under clinical conditions. True real-time diagnosis is required for Raman endoscopy technology to gain wide acceptance in clinical medicine. The new procedure to automatically adjust laser excitation power, exposure time, and spectrum accumulations for uninterrupted real-time diagnostics during clinical measurements Raman with a high S / N ratio is invaluable in this search. Two automated techniques or procedures are set forth by way of representative example.

En una primera técnica o procedimiento, tal como se muestra haciendo referencia a la figura 41, el tiempo de exposición está fijado (por ejemplo, en 0,1 segundos) (3102) y la potencia de excitación del láser se asigna como variable y se ajusta según sea necesario (3104). Se miden (3106) los espectros Raman y se determina (3108) la relación señal/ruido. La estimación del ruido en los espectros se basa en transformada de Fourier, diferenciación u otros procedimientos para cuantificar el nivel de ruido. Si los espectros Raman tienen una mala relación señal/ruido (S/N) (3110), en la medición posterior, se acumulan varios espectros Raman (por ejemplo, N = 2 ... 3) (3112) antes de una lectura. Si el CCD está saturado para un espectro determinado (3114), la potencia de excitación del láser de la medición Raman posterior se reduce en un número según el grado de saturación (3116). Si el espectro no está saturado, se utiliza para el diagnóstico (3118). El grado de saturación se define como un % de los píxeles saturados. Si el espectro ha sido leído con recuentos de intensidad (< 70 % o > 90 % del rango dinámico) (3120) la potencia de excitación del láser de la medición Raman subsiguiente aumenta de manera que la intensidad de la señal se encuentre dentro del 70 al 90 % del rango dinámico (3122). Una realización impone un límite superior a la potencia de excitación del láser (por ejemplo, 25 mW). En otra realización, la acumulación de varios espectros (por ejemplo, n = 2) se realiza de manera coherente. Se puede llevar a cabo resta del fondo, preprocesamiento, detección de valores atípicos, predicción de enfermedades y visualización (3124).In a first technique or procedure, as shown with reference to Figure 41, the exposure time is fixed (for example, 0.1 seconds) (3102) and the laser driving power is assigned as variable and adjust as needed (3104). The Raman spectra are measured (3106) and the signal-to-noise ratio is determined (3108). The estimation of noise in the spectra is based on Fourier transform, differentiation or other procedures to quantify the noise level. If the Raman spectra have a bad signal-to-noise (S / N) ratio (3110), in the subsequent measurement, several Raman spectra are accumulated (eg, N = 2 ... 3) (3112) before a reading. If the CCD is saturated for a given spectrum (3114), the laser driving power of the subsequent Raman measurement is reduced by a number according to the degree of saturation (3116). If the spectrum is not saturated, it is used for diagnosis (3118). The degree of saturation is defined as a% of the saturated pixels. If the spectrum has been read with intensity counts (<70% or> 90% of the dynamic range) (3120) the driving power of the laser of the subsequent Raman measurement increases so that the signal intensity is within 70 at 90% dynamic range (3122). One embodiment imposes an upper limit on the driving power of the laser (eg, 25 mW). In another embodiment, the accumulation of various spectra (eg, n = 2) is done consistently. Background subtraction, preprocessing, outlier detection, disease prediction, and visualization can be performed (3124).

En una segunda técnica o procedimiento tal como se muestra con respecto a la figura 42, la potencia de excitación del láser está fijada (por ejemplo, a 25 mW) (3202) y el tiempo de exposición se asigna como una variable (3204). Se miden (3206) los espectros Raman y se determina (3208) la relación señal/ruido. La estimación del ruido se basa en transformada de Fourier, diferenciación o en cualquier procedimiento para cuantificar el nivel de ruido. Si el espectro Raman presenta una relación de S/N deficiente (3210), en la medición posterior, se acumulan varios espectros Raman (por ejemplo, n = 2 ... 3) (3212) antes de la lectura. Si el CCD está saturado (3214) para un espectro dado, el tiempo de exposición de la medición Raman posterior se reduce (3216) con un número según el grado de saturación. Si el espectro no está saturado, se utiliza para el diagnóstico (3218). El grado de saturación se define como el % de píxeles saturados. Si el espectro tiene un número bajo de recuentos de intensidad (por ejemplo, < 70 % o > 90 % del rango dinámico) (3220), el tiempo de exposición de la medición Raman subsiguiente se aumenta (3222) para que la intensidad de la señal se encuentre dentro del 70 al 90 % del rango dinámico. Una realización impone un límite superior al tiempo de exposición (por ejemplo, 0,5 segundos). En otra realización, la acumulación de varios espectros se lleva a cabo de manera coherente si el tiempo de integración es muy bajo (por ejemplo, < 0,1 s). Se puede llevar a cabo resta del fondo, preprocesamiento, detección de valores atípicos, predicción de enfermedades y visualización (3224).In a second technique or procedure as shown with respect to FIG. 42, the laser drive power is set (eg, 25 mW) (3202) and the exposure time is assigned as a variable (3204). The Raman spectra are measured (3206) and the signal-to-noise ratio is determined (3208). The noise estimation is based on Fourier transform, differentiation or any procedure to quantify the noise level. If the Raman spectrum shows a poor S / N ratio (3210), in the subsequent measurement, several Raman spectra are accumulated (eg, n = 2 ... 3) (3212) before reading. If the CCD is saturated (3214) for a given spectrum, the exposure time of the subsequent Raman measurement is reduced (3216) with a number according to the degree of saturation. If the spectrum is not saturated, it is used for diagnosis (3218). The degree of saturation is defined as the% of saturated pixels. If the spectrum has a low number of intensity counts (for example, <70% or> 90% of dynamic range) (3220), the exposure time of the subsequent Raman measurement is increased (3222) so that the intensity of the signal is within 70 to 90% of the dynamic range. One embodiment imposes an upper limit on the exposure time (eg 0.5 seconds). In another embodiment, the accumulation of various spectra is carried out consistently if the integration time is very low (eg, <0.1 s). Background subtraction, preprocessing, outlier detection, disease prediction, and visualization can be performed (3224).

Las dos funciones anteriores detalladas con respecto a las figuras 36 y 37, respectivamente, están integradas en el software operativo. Ajustar solo la potencia del láser tiene la ventaja de que el tiempo de exposición se mantiene constante y puede ser muy bajo (por ejemplo, de 0,1 segundos). Los procedimientos anteriores son de gran valor en la endoscopía Raman clínica para realizar un diagnóstico ininterrumpido en tiempo real con una alta relación de S/N, pero también se generalizan a otras modalidades tales como la endoscopía Raman mejorada en superficie (SERS), espectroscopía de reflectancia y fluorescencia. La concepción general del ajuste automatizado del tiempo de exposición, la potencia de excitación del láser y la acumulación para mejorar la calidad de la señal, prevenir la saturación del CCD y realizar un diagnóstico en tiempo real es una característica importante de esta realización de la presente invención. Otra realización incluye la sincronización de la excitación del láser con la obtención. En otras palabras, antes de la obtención de la señal, la excitación del láser se conecta, y después de la obtención, la excitación del láser se desconecta.The above two functions detailed with respect to Figures 36 and 37, respectively, are built into the operating software. Adjusting only the laser power has the advantage that the exposure time remains constant and can be very low (eg 0.1 seconds). The above procedures are of great value in clinical Raman endoscopy for real-time uninterrupted diagnosis with a high S / N ratio, but are also generalized to other modalities such as surface-enhanced Raman endoscopy (SERS), spectroscopy of reflectance and fluorescence. The general conception of automated adjustment of exposure time, laser excitation power, and accumulation to improve signal quality, prevent CCD saturation, and perform real-time diagnostics is an important feature of this embodiment of the present. invention. Another embodiment includes synchronizing the excitation of the laser with the acquisition. In other words, before obtaining the signal, the laser drive is turned on, and after obtaining, the laser drive is turned off.

Otra realización adicional según la presente invención incluye la capacidad de conmutar entre diferentes sondas de fibra óptica y diferentes órganos. Para cada tipo de sonda de fibra óptica (por ejemplo, una sonda confocal o de volumen), existe una base de datos con modelos de diagnóstico específicos para cada órgano (es decir, laringe, colon, nasofaringe, estómago, esófago, cavidad oral, piel, cuello uterino, vejiga, etc.). Por ejemplo, si un usuario elige la nasofaringe como órgano, se cargan en el sistema uno o varios modelos pertenecientes a la nasofaringe. En la figura 43 se muestra una estructura de base de datos representativa. El modelo o modelos pueden incluir algoritmos de diagnóstico multivariantes y/o modelos de detección de valores atípicos multivariantes.Still another embodiment according to the present invention includes the ability to switch between different fiber optic probes and different organs. For each type of fiberoptic probe (for example, a confocal or volume probe), there is a database with specific diagnostic models for each organ (i.e., larynx, colon, nasopharynx, stomach, esophagus, oral cavity, skin, cervix, bladder, etc.). For example, if a user chooses the nasopharynx as the organ, one or more models belonging to the nasopharynx are loaded into the system. A representative database structure is shown in Figure 43. The model (s) may include multivariate diagnostic algorithms and / or multivariate outlier detection models.

Se apreciará que las diversas realizaciones descritas anteriormente no pretenden ser limitativas en su interpretación. Por el contrario, la invención está definida en las reivindicaciones adjuntas. Algunos de los procesos pueden ser implementados en hardware, software o cualquier combinación de los mismos.It will be appreciated that the various embodiments described above are not intended to be limiting in their interpretation. Rather, the invention is defined in the appended claims. Some of the processes can be implemented in hardware, software or any combination of the same.

Lista de signos de referenciaList of reference signs

100 sistema - espectroscopio Raman confocal de fibra óptica100 system - fiber optic confocal Raman spectroscope

102 láser de diodo102 diode laser

104 espectrógrafo de formación de imágenes104 imaging spectrograph

105 cuerpo cilíndrico alargado105 elongated cylindrical body

106 cámara 106 camera

108 sonda108 probe

110 fibra óptica110 fiber optic

112 filtro de paso banda112 band pass filter

114 filtro de paso largo114 long pass filter

116 punta116 tip

124 sistema de microcontrolador124 microcontroller system

200 aparato200 appliance

202 láser de diodo202 diode laser

204 espectrógrafo reflectante204 reflective spectrograph

206 cámara206 camera

208 sonda Raman confocal de fibra óptica208 fiber optic confocal Raman probe

ADN ácido desoxirribonucleicoDeoxyribonucleic acid DNA

HW régimen de número de ondas altoHW high wave number regime

FP huellaFP footprint

NIR Infrarrojo cercanoNIR Near Infrared

GUI Interfaz gráfica de usuarioGUI Graphical user interface

PCA análisis de componentes principalesPCA Principal Component Analysis

SVM máquina de vectores de soporteSVM support vector machine

LR regresión logísticaLR logistic regression

LDA análisis discriminante linealLDA linear discriminant analysis

PLS mínimos cuadrados parcialesPartial least squares PLS

DA análisis discriminanteDA discriminant analysis

LV variables latentesLV latent variables

PEG polietilenglicolPEG polyethylene glycol

ACO optimización de colonia de hormigasACO ant colony optimization

CART árboles de clasificación y regresión AdaBoost impulso adaptativoCART Classification Trees and AdaBoost Adaptive Boost Regression

H y E hematoxilina y eosinaH and E hematoxylin and eosin

ANOVA análisis de varianzaANOVA analysis of variance

LSD diferencias menos significativasLSD less significant differences

ROC características operativas del receptor AUC área bajo las curvasROC receiver operating characteristics AUC area under curves

SD desviación estándarSD standard deviation

MI metaplasia intestinalMI intestinal metaplasia

CCD dispositivo de carga acopladaCCD charge coupled device

GI gastrointestinalGastrointestinal GI

SERS espectroscopía Raman mejorada en superficie NIST Instituto Nacional de Estándares y Tecnología FWHM ancho completo de la mitad del máximo SERS surface enhanced Raman spectroscopy NIST National Institute of Standards and Technology FWHM full width of half maximum

Claims (11)

REIVINDICACIONES 1. Aparato de espectroscopia Raman (2100), que comprende:1. Raman spectroscopy apparatus (2100), comprising: una primera fuente de iluminación (2106), configurada para dirigir una salida de iluminación colimada a un tejido (2104);a first illumination source (2106), configured to direct a collimated illumination output to a tissue (2104); un espectrógrafo Raman (2108), configurado para detectar simultáneamente espectros Raman de huellas (FP) y alto número de onda (HW) a partir de iluminación dispersada por el tejido; ya Raman spectrograph (2108), configured to simultaneously detect fingerprint (FP) and high wave number (HW) Raman spectra from tissue scattered illumination; and un módulo informatizado de control y análisis (2116), que comprende, como mínimo, una unidad de procesamiento y memoria que almacena instrucciones de programa ejecutables por la, como mínimo, una unidad de procesamiento, para analizar subintervalos espectrales discretos de los espectros Raman en rangos de números de onda de FP y HW para identificar una coincidencia con picos específicos en los espectros Raman detectados de uno o ambos rangos de números de onda,a computerized control and analysis module (2116), comprising at least one processing unit and memory that stores program instructions executable by the at least one processing unit, to analyze discrete spectral sub-ranges of the Raman spectra in FP and HW wave number ranges to identify a match to specific peaks in the detected Raman spectra of one or both wave number ranges, caracterizado por que comprende, además: characterized in that it also comprises: una fuente de iluminación adicional (2118) configurada para emitir iluminación adicional al tejido mientras la primera fuente de iluminación dirige la iluminación colimada al tejido yan additional illumination source (2118) configured to emit additional illumination to the tissue while the first illumination source directs the collimated illumination to the tissue and un filtro de espejo caliente (2120) configurado para compensar la interferencia de iluminación entre la iluminación colimada emitida por la primera fuente de iluminación (2106) y la iluminación adicional emitida por la fuente de iluminación adicional (2118).a hot mirror filter (2120) configured to compensate for illumination interference between the collimated illumination emitted by the first illumination source (2106) and the additional illumination emitted by the additional illumination source (2118). 2. Aparato (2100), según la reivindicación 1, caracterizado por que el espectrógrafo Raman (2108) tiene una única rejilla de difracción de banda ancha, y en el que el aparato (2100) comprende, además, una sonda (2102), para transmitir la iluminación colimada al tejido y devolver los espectros Raman del tejido al espectrógrafo (2108).2. Apparatus (2100), according to claim 1, characterized in that the Raman spectrograph (2108) has a single broadband diffraction grating, and in which the apparatus (2100) further comprises a probe (2102), to transmit the collimated illumination to the tissue and return the Raman spectra of the tissue to the spectrograph (2108). 3. Aparato (2100), según la reivindicación 2, caracterizado por que el módulo informatizado de control y análisis (2116) incluye instrucciones de programa ejecutables por la, como mínimo, una unidad de procesamiento para diagnosticar un crecimiento anómalo en base a la coincidencia.3. Apparatus (2100) according to claim 2, characterized in that the computerized control and analysis module (2116) includes program instructions executable by at least one processing unit to diagnose abnormal growth based on the coincidence . 4. Aparato (2100), según la reivindicación 2, caracterizado por que la sonda (2102) comprende una sonda de fibra óptica confocal y, opcionalmente, un endoscopio que tiene un cuerpo cilíndrico alargado que tiene un canal de instrumentos en cuyo interior está alojada la sonda (2102).Apparatus (2100) according to claim 2, characterized in that the probe (2102) comprises a confocal fiber optic probe and, optionally, an endoscope that has an elongated cylindrical body that has an instrument channel inside which it is housed. the probe (2102). 5. Aparato (2100), según la reivindicación 2, caracterizado por que el módulo informatizado de control y análisis (2116) incluye instrucciones de programa ejecutables por la, como mínimo, una unidad de procesamiento para ajustar dinámicamente la potencia de la iluminación colimada.Apparatus (2100) according to claim 2, characterized in that the computerized control and analysis module (2116) includes program instructions executable by the at least one processing unit to dynamically adjust the power of the collimated illumination. 6. Aparato (2100), según la reivindicación 2, caracterizado por que el módulo informatizado de control y análisis (2116) incluye instrucciones de programa ejecutables por la como mínimo una unidad de procesamiento para ajustar dinámicamente el tiempo durante el cual el tejido está expuesto a la iluminación colimada.Apparatus (2100) according to claim 2, characterized in that the computerized control and analysis module (2116) includes program instructions executable by the at least one processing unit to dynamically adjust the time during which the tissue is exposed. to collimated illumination. 7. Aparato (2100), según la reivindicación 2, caracterizado por que comprende, además, un aparato de calibración configurado para estandarizar la sonda (2102) o todo el aparato Raman con respecto a, como mínimo, una referencia de calibración.Apparatus (2100) according to claim 2, characterized in that it further comprises a calibration apparatus configured to standardize the probe (2102) or the entire Raman apparatus with respect to at least one calibration reference. 8. Procedimiento de espectroscopía Raman, realizado por un aparato de espectroscopía Raman (2100), comprendiendo el procedimiento:8. Raman spectroscopy procedure, performed by a Raman spectroscopy apparatus (2100), comprising the procedure: dirigir la iluminación colimada emitida por una primera fuente de iluminación (2106) a un tejido (2104); detectar simultáneamente por medio de un espectrógrafo Raman (2108) de huellas (FP) y alto número de onda (HW), espectros Raman de iluminación dispersada por el tejido;directing collimated illumination emitted by a first illumination source (2106) to a tissue (2104); simultaneously detecting by means of a Raman spectrograph (2108) of fingerprints (FP) and high wave number (HW), Raman spectra of illumination scattered by the tissue; analizar subintervalos espectrales discretos en los espectros Raman detectados en los rangos de longitud de onda de FP y HW; eanalyze discrete spectral sub-ranges in the Raman spectra detected in the FP and HW wavelength ranges; and identificar una coincidencia con uno o varios marcadores de referencia en uno o ambos rangos de número de onda; caracterizado por que comprende, además:identifying a match with one or more reference markers in one or both wave number ranges; characterized in that it also comprises: dirigir una iluminación adicional al tejido utilizando una fuente de iluminación adicional (2118), dirigiendo al mismo tiempo la iluminación colimada emitida por la primera fuente de iluminación (2106) al tejido; ydirecting additional illumination to the tissue using an additional illumination source (2118), while directing the collimated illumination emitted by the first illumination source (2106) to the tissue; and compensar la interferencia de iluminación entre la iluminación colimada emitida por la primera fuente de iluminación (2106) y la iluminación adicional emitida por la fuente de iluminación adicional (2118) utilizando un filtro de espejo caliente (2120).compensating for the illumination interference between the collimated illumination emitted by the first illumination source (2106) and the additional illumination emitted by the additional illumination source (2118) using a hot mirror filter (2120). 9. Procedimiento, según la reivindicación 8, caracterizado por que la detección simultánea de espectros Raman de FP y HW comprende iluminación difractante en ambos rangos de longitud de onda de FP y HW utilizando una única rejilla de difracción de banda ancha. 9. Method according to claim 8, characterized in that the simultaneous detection of FP and HW Raman spectra comprises diffraction illumination in both FP and HW wavelength ranges using a single broadband diffraction grating. 10. Procedimiento, según la reivindicación 8, caracterizado por que comprende, además, ajustar dinámicamente la potencia de la iluminación y/o ajustar el tiempo durante el cual el tejido está expuesto a la iluminación.10. The method according to claim 8, characterized in that it further comprises dynamically adjusting the power of the lighting and / or adjusting the time during which the fabric is exposed to lighting. 11. Procedimiento, según la reivindicación 8, caracterizado por que comprende, además, realizar un procedimiento de calibración o estandarización para estandarizar el aparato Raman con respecto a, como mínimo, una referencia de calibración, antes de iluminar el tejido. 11. The method according to claim 8, characterized in that it further comprises performing a calibration or standardization procedure to standardize the Raman apparatus with respect to at least one calibration reference, before illuminating the tissue.
ES15814823T 2014-07-02 2015-07-02 RAMAN spectroscopy system, apparatus and procedure to analyze, characterize and / or diagnose a type or nature of a sample or tissue, such as abnormal growth Active ES2847230T3 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB201411800A GB201411800D0 (en) 2014-07-02 2014-07-02 The method and system for the use of Raman spectroscopy in the diagnosis of an abnormal growth
GB201411820A GB201411820D0 (en) 2014-07-02 2014-07-02 The method and system for the use of raman spectroscopy in the diagnosis of the nature of an abnormal growth
GB201411803A GB201411803D0 (en) 2014-07-02 2014-07-02 The method and system for the use of Raman spectroscopy in the diagnosis of the nature of an abnormal growth
PCT/SG2015/050195 WO2016003371A1 (en) 2014-07-02 2015-07-02 Raman spectroscopy system, apparatus, and method for analyzing, characterizing, and/or diagnosing a type or nature of a sample or a tissue such as an abnormal growth

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2847230T3 true ES2847230T3 (en) 2021-08-02

Family

ID=55019739

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES15814823T Active ES2847230T3 (en) 2014-07-02 2015-07-02 RAMAN spectroscopy system, apparatus and procedure to analyze, characterize and / or diagnose a type or nature of a sample or tissue, such as abnormal growth

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20170138860A1 (en)
EP (1) EP3164046B1 (en)
JP (1) JP6768529B2 (en)
KR (1) KR102409070B1 (en)
CN (1) CN106793917B (en)
AU (1) AU2015284810B2 (en)
ES (1) ES2847230T3 (en)
SG (1) SG11201702715UA (en)
WO (1) WO2016003371A1 (en)

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10322194B2 (en) 2012-08-31 2019-06-18 Sloan-Kettering Institute For Cancer Research Particles, methods and uses thereof
JP6635791B2 (en) * 2013-02-20 2020-01-29 スローン − ケタリング・インスティテュート・フォー・キャンサー・リサーチ Wide-field Raman imaging apparatus and related method
US10912947B2 (en) 2014-03-04 2021-02-09 Memorial Sloan Kettering Cancer Center Systems and methods for treatment of disease via application of mechanical force by controlled rotation of nanoparticles inside cells
CN106687146A (en) 2014-07-28 2017-05-17 纪念斯隆-凯特琳癌症中心 (Like) metal chalcogenide nanoparticles as universal binders for medical isotopes
CA2990223A1 (en) 2015-07-01 2017-01-05 Memorial Sloan Kettering Cancer Center Anisotropic particles, methods and uses thereof
CN105997000B (en) * 2016-05-30 2023-04-14 福建师范大学 A fiberscope-based Raman spectroscopy detection device and its implementation method
WO2018072807A1 (en) * 2016-09-27 2018-04-26 Siemens Aktiengesellschaft Apparatus and method for ascertaining pathological implications
GB201621912D0 (en) * 2016-12-21 2017-02-01 Dublin Inst Of Tech And Trinity College Dublin A method of using raman spectroscopy for identification of low grade cervical cytology cases likely to progress to high grade / cancer
CN107132208B (en) * 2017-04-10 2018-11-30 苏州贝康医疗器械有限公司 A kind of cell culture fluid quality determining method based on raman spectroscopy measurement
FR3065285B1 (en) 2017-04-14 2019-07-05 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives METHOD FOR ACQUIRING A SPECTRUM
CN109507166A (en) * 2017-09-15 2019-03-22 Ravr有限公司 A dual-channel miniature Raman spectrometer
JP6811874B2 (en) * 2017-10-12 2021-01-13 富士フイルム株式会社 Image creation device, image creation method, image creation program
JP2021502574A (en) * 2017-11-10 2021-01-28 クリニカイ インコーポレイテッド Systems, constructs and methods for detecting spectral biomarkers and patterns of disease from stool samples
WO2019142136A1 (en) * 2018-01-17 2019-07-25 Ods Medical Inc. System and methods for real-time raman spectroscopy for cancer detection
FR3078620A1 (en) * 2018-03-09 2019-09-13 Institut Georges Lopez DEVICE FOR QUANTIFYING THE RATE OF LIPIDS AND / OR PROTEINS IN THE HEPATIC TISSUE
CN108398418B (en) * 2018-03-16 2020-12-04 华东理工大学 An internal reference surface-enhanced Raman test paper, preparation method and application
CN112513561B (en) * 2018-04-06 2022-04-15 布拉斯科美国有限公司 Raman spectroscopy and machine learning for quality control
KR102251968B1 (en) * 2019-05-22 2021-05-17 주식회사 나노바이오라이프 Method for detecting multi-biomarkers of a rapid diagnostic kit and a multimodal scanner using the same
CN110208244B (en) * 2019-06-18 2020-07-28 华南理工大学 Method for testing cell level water content and distribution in fruit and vegetable tissues based on Raman spectrum
CA3142126A1 (en) 2019-06-20 2020-12-24 National Research Council Of Canada Broadband raman excitation spectroscopy with structured excitation profiles
JP6788298B1 (en) * 2019-12-17 2020-11-25 日本分光株式会社 Raman microscope with fluorescence observation function
CN111189817B (en) * 2020-01-09 2021-09-03 中国原子能科学研究院 Laser-induced breakdown spectroscopy true and false signal resolution data analysis method
WO2021154991A1 (en) * 2020-01-29 2021-08-05 King's College London Raman spectroscopy method and system
CN111256819B (en) * 2020-02-20 2022-09-09 苏州沓来软件科技有限公司 Noise reduction method of spectrum instrument
GB202004010D0 (en) * 2020-03-19 2020-05-06 Res & Innovation Uk Detection of water content in tissue
KR20220091408A (en) * 2020-12-22 2022-06-30 두에이아이(주) Method for early diagnosis of pancreatic cancerusing artificial intelligence raman analysis technique
KR102298680B1 (en) * 2021-02-26 2021-09-07 (주)메디띵스 Method for quantifying water and lipid content in turbid media using narrow-band diffuse reflectance spectroscopy
WO2023274881A1 (en) * 2021-07-01 2023-01-05 Boehringer Ingelheim Vetmedica Gmbh Method for calibrating an optical system
WO2023044576A1 (en) * 2021-09-25 2023-03-30 Tornado Spectral Systems Inc. Raman spectroscopy of chemical processes with spectral blocking filters
WO2023141623A2 (en) * 2022-01-21 2023-07-27 Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona Cancer diagnosis method and systems using second harmonic generation measurements
WO2023249962A1 (en) * 2022-06-20 2023-12-28 Vanderbilt University Non-contact clinical raman spectroscopy guided probe and applications of same
CN115308189A (en) * 2022-07-18 2022-11-08 上海理工大学 Biological sample prediction method, biological sample prediction device and storage medium
WO2025005160A1 (en) * 2023-06-30 2025-01-02 ソニー・オリンパスメディカルソリューションズ株式会社 Medical control device and medical observation system

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7697576B2 (en) * 2004-05-05 2010-04-13 Chem Image Corporation Cytological analysis by raman spectroscopic imaging
JP5114024B2 (en) * 2005-08-31 2013-01-09 オリンパス株式会社 Optical imaging device
US20120057145A1 (en) * 2008-08-18 2012-03-08 Tunnell James W Systems and methods for diagnosis of epithelial lesions
ES2341079B1 (en) * 2008-12-11 2011-07-13 Fundacio Clinic Per A La Recerca Biomedica EQUIPMENT FOR IMPROVED VISION BY INFRARED VASCULAR STRUCTURES, APPLICABLE TO ASSIST PHYTOSCOPIC, LAPAROSCOPIC AND ENDOSCOPIC INTERVENTIONS AND SIGNAL TREATMENT PROCESS TO IMPROVE SUCH VISION.
US8300220B2 (en) * 2009-02-25 2012-10-30 Vanderbilt University Device and method for non-invasively evaluating a target of interest of a living subject
CA2786740A1 (en) * 2010-01-22 2011-07-28 British Columbia Cancer Agency Branch Apparatus and methods for characterization of lung tissue by raman spectroscopy
GB2513343A (en) * 2013-04-23 2014-10-29 Univ Singapore Methods related to instrument-independent measurements for quantitative analysis of fiber-optic Raman spectroscopy
GB201302886D0 (en) * 2013-02-19 2013-04-03 Univ Singapore Diagnostic instrument and method

Also Published As

Publication number Publication date
AU2015284810B2 (en) 2020-03-12
EP3164046A1 (en) 2017-05-10
WO2016003371A1 (en) 2016-01-07
JP2017524924A (en) 2017-08-31
AU2015284810A1 (en) 2017-02-16
CN106793917B (en) 2019-04-30
CN106793917A (en) 2017-05-31
EP3164046B1 (en) 2020-10-28
JP6768529B2 (en) 2020-10-14
KR102409070B1 (en) 2022-06-16
EP3164046A4 (en) 2018-04-25
KR20170039168A (en) 2017-04-10
US20170138860A1 (en) 2017-05-18
SG11201702715UA (en) 2017-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2847230T3 (en) RAMAN spectroscopy system, apparatus and procedure to analyze, characterize and / or diagnose a type or nature of a sample or tissue, such as abnormal growth
Yoon et al. A clinically translatable hyperspectral endoscopy (HySE) system for imaging the gastrointestinal tract
Nogueira et al. Evaluation of wavelength ranges and tissue depth probed by diffuse reflectance spectroscopy for colorectal cancer detection
ES2930428T3 (en) Methods using fiber optic Raman spectroscopy
Bergholt et al. Combining near-infrared-excited autofluorescence and Raman spectroscopy improves in vivo diagnosis of gastric cancer
US20060184040A1 (en) Apparatus, system and method for optically analyzing a substrate
Bergholt et al. Raman endoscopy for in vivo differentiation between benign and malignant ulcers in the stomach
US8326404B2 (en) Multimodal detection of tissue abnormalities based on raman and background fluorescence spectroscopy
EP2640254B1 (en) In-vivo imaging device and method for performing spectral analysis
US6678398B2 (en) Dual mode real-time screening and rapid full-area, selective-spectral, remote imaging and analysis device and process
US6975899B2 (en) Multi-modal optical tissue diagnostic system
Wang et al. Simultaneous fingerprint and high-wavenumber fiber-optic Raman spectroscopy improves in vivo diagnosis of esophageal squamous cell carcinoma at endoscopy
Lin et al. Real-time in vivo diagnosis of nasopharyngeal carcinoma using rapid fiber-optic Raman spectroscopy
US20170071509A1 (en) Systems and methods for diagnosis of middle ear conditions and detection of analytes in the tympanic membrane
WO1999037204A1 (en) Fluorescence imaging endoscope
Wang et al. Multi-scale hyperspectral imaging of cervical neoplasia
Taylor-Williams et al. Targeted Multispectral Filter Array Design for Endoscopic Cancer Detection in the Gastrointestinal Tract
WO2011162721A1 (en) Method and system for performing tissue measurements
Liu et al. Integrating multi-spectral imaging and Raman spectroscopy for in vivo endoscopic assessment of rat intestinal tract
Lin et al. Time-gated optical imaging to detect positive prostate cancer margins
Themelis et al. Advancing the technology and applications of surgical fluorescence imaging with targeted fluorochromes
BERGHOLT REAL-TIME FIBER OPTIC RAMAN SPECTROSCOPY FOR EARLY DIAGNOSIS OF PRECANCER AND CANCER IN VIVO IN THE UPPER GASTROINTESTINAL TRACT
Ding et al. W1158 Activatable Cathepsin and Matrix Metalloproteinase Molecular Probes Detect Gastric Adenocarcinoma, Both In Vivo and Ex Vivo